王青清

以太网（Ethernet）最早来源于Xerox公司于1973年建造的网络系统，是一种总线式局域网，以基带同轴电缆作为传输介质，采用CSMA/CD协议。

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容。

以太网器材的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面能满足工业现场的需要。

首先必须满足高温、潮湿、震动。

第二看是否能方便地安装在工业现场控制柜内。

第三是电源要求。

许多控制柜内提供的电源都是低压交流或直流。

墙装式电源装置有时不能适应。

电磁兼容性（EMC）的要求随工业环境对 EMI（工业抗干扰）和 ESD（工业抗震）要求的不同而变化。

现场的安全标准与办公室的完全不同。

有时需要的是恶劣境的额定值。

重庆煤炭科学研究院于2008年5月在井下建立了工业以太网平台，并且开发了KJ90NB综合监控系统以改造目前煤矿的监控系统，提高了井下数据监测的准确率、监测速度。

大大降低了瓦斯监测的故障率，为煤矿安全生产起到了及其重要的作用。

以太网还是不完善，随着煤炭行业的发展，以太网需求改善，才能更好的保障煤矿安全生产。

关键字：以太网KJ90NB 监控监测煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位。

作为我国的主要能源，改革开放以来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量持续增长，生产技术水平逐步提高，煤矿安全生产条件有所改善，对国民经济和社会发展发挥了重要的作用。

近年来，随着石油资源的紧张、石油价格的飚升，煤炭行业的重要性和不可替代性也日益凸现。

但中国煤炭行业的安全生产形势却不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端，据不完全统计，2003年中国煤炭产量占世界产量的35％，可事故伤亡人数却占80％。

在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。

这其中固然有很多因素，但各煤矿生产企业安全监测不完备、管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。

随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以及矿务局自身现代化管理的需求，煤矿安全监测系统越来越体现出其重要性。

从技术和管理的角度出发，煤矿系统联网安全监测已是必然趋势。

1生产视频监控和应急调度指挥系统1.1 煤炭工业发展的目标及问题在煤炭工业发展过程中仍然存在结构不合理、生产与管理机构布局分散、增长方式粗放、科技水平低、安全事故多发、资源浪费严重、环境治理滞后、历史遗留问题较多等突出问题。

随着国民经济的发展，煤炭需求总量不断增加，资源、环境和安全压力进一步加大。

近几年煤炭行业屡有重大事故发生，安全生产已经成为煤炭工业的重中之重。

随着《安全生产法》的颁布，为了全面贯彻《安全生产法》的“安全第一，预防为主”的方针，努力实现安全生产工作从被动防范向源头管理转变，遏制和减少重、特大事故的发生。

《安全生产法》第三十三条规定：“生产经营单位对重大危险源应当登记建档，进行定期检测、评估、监控，并制定应急预案，告知从业人员和相关人员在紧急情况下应当采取的应急措施。

”1.2 系统的特点要求1.2.1 监测系统的重要性利用监测系统，可以实现煤矿安全生产实时调度监控，不仅解决了煤炭行业整体技术水平低、管理落后的局面，提高了行业的信息化管理水平，更重要的是可以实时监测各个矿井的安全状况，避免和减少安全事故的发生，因此煤矿安全生产监测系统的建设，对煤炭企业的安全生产、文明生产、科学生产具有重要的意义。

1.2.2 监测系统的要求安全生产监测系统是在生产、安全及管理方面的一个实时监控系统，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、灾害预测预报具有重要的作用。

为了加强集团公司对下辖各矿的安全生产管理，利用现有网络资源掌握各个下属煤矿的安全和生产情况，要求建立了一套安全生产监测信息系统，将各个下属煤矿的实时监测数据集成在公司调度室，形成公司一级的安全生产监控网络，各个下属煤矿又把所属的每个矿井的生产和安全数据集成在矿调度室，组建矿一级监控子网，使公司从上到下各个部门以及领导都可以随时掌握各个煤矿和矿井的生产状况和安全状况，并可以进行综合性动态分析，为领导决策提供依据，实现资源共享。

煤矿安全生产与检测系统是个实时调度、指挥系统，通过本系统可以使管理层快速、及时、准确地获取生产相关数据，提高决策科学性，从而避免或减少因决策失误而造成的安全生产事故和经济损失。

本系统通过公司以太网络将各矿远程监测监控信息传送到总部，并可以对各矿井监测监控信息进行分析汇总，为领导提供辅助决策功能。

1.2.3 监控系统的特点为了实现煤矿安全目标，在煤炭行业利用先进的信息通讯技术，建设一个完善的远程生产视频监控和应急调度指挥系统就尤为必要。

煤炭行业的远程生产视频监控和应急调度指挥系统主要有以下特点：（1）对生产现场的情况可以实时进行视频监控，以便领导和管理单位可以随时掌握生产现场第一手情况;（2）能够采集各种报警探头的信号，如甲烷、一氧化碳、风速、温度、风机风门开停等;（3）在出现事故后立即启动报警，利于人员的及时疏散;（4）报警信息会同步传送到安全生产管理部门，便于相关部门迅速采取应急措施。

建立覆盖各个相关部门的应急指挥调度系统，在事故发生后，系统可以第一时间自动召集领导和相关部门的应急会议，并且将监控图像导入应急会议中，供领导快速决策，相关部门启动应急程序，协助现场人员撤离，并且启动应急预案进行抢救，以防止和减轻人员伤亡，降低财产损失。

视频监控和应急指挥调度系统提供的图像必须清晰完整且不中断，不但可以及时向上级救灾指挥中心传输监控录像，请示汇报工作，同时，对事故现场可以录像还可以随时回放，以便追究责任，总结经验教训。

2 工业以太网网络组成及性能2.1 以太网监控中心的组成煤矿矿井工业以太网由煤科院建立，整个传输平台采用的是工业以太环网+现场总线模式构建，目前监控中心只有安全监控系统，监控中心由系统软件、工控机、WEB服务器、防火墙、电源、等组成；工业以太环网平台由地面光纤环网交换机（100M）、井下本安光纤环网交换机（100M）和防爆电源等组成。

工业以太网的煤矿综合自动化系统结构图:2.2 以太网的安全性由于工业以太环网是生产控制系统的公用信息传输平台，其上承载有大量的实时数据、控制指令信息，是各控制系统稳定运行的关键。

由于工业以太网和矿管理信息网需要联网，为保证工业以太网的安全，防止非法用户的登录、计算机病毒的侵入及传播，采用百兆防火墙与局域网相连，工业以太网的信息只能单向向管理网WEB服务器发送，管理人员通过矿信息管理网上的终端，用IE浏览器访问Web服务器(满足50客户端并发访问)。

因此，对其运行的稳定性和可靠性有很高的要求。

在考虑设计与地面网络链接时必须从物理上用防火墙等设备将其与信息管理局域网进行隔离，使信息管理网上的数据与控制网的数据在可控的状态下实现数据互访。

2.3 井下工业以太环网技术参数井下工业以太环网技术参数：通讯速率：10M/100M协议标准：TCP/IP通讯恢复：自愈≤0.3s子系统接入：以太网、485总线、CAN总线本工业以太环网为100M网3 KJ90NB综合监控系统简介3.1 KJ90NB的优点KJ90NB是由重庆煤科院设计的，KJ90NB综合监控系统基于工业以太网＋现场总线作为矿井综合信息传输平台兼容安全监控、生产监控、人员定位等多个煤矿监控子系统的全矿井综合自动化控制系统，整个系统利用工业以太光纤环网冗余技术和多主并发通讯技术，使系统在通讯速率、可靠性，稳定性、反应时间、扩容接入能力、故障自恢复能力等方面性能较现有传统监控系统有质的提高。

但是如果有一条线路损坏那么整各系统将会瘫痪。

3.1.1 系统的特点系统所采用的技术是从地面局域网技术发展而来，其采用的技术标准和通讯协议都是当今网络应用中十分成熟的通用标准。

并针对工业应用恶劣环境进行了特殊设计，使其在实时性、运行稳定性、可靠性、环境适应性、通讯抗干扰、系统容量等性能方面较传统的技术有显著提高，并能很好适应煤矿井下恶劣的生产环境。

3.1.2系统的功能（1）实时显示：通过紫金桥组态软件实时显示各矿监测系统动态图形；（2）实时报警故障记录，保证各级领导实时掌握故障、报警信息；（3）各矿安全监测系统查询统计分析、历史监测信息曲线显示；（4）数据安全采集：通过数据采集接口安全地从各矿现有监测系统读取数据；（5）采集数据组态化：通过工控组态软件的组态工具可以改变要采集的数据，从而使数据采集变得更加灵活；（6）提供关系数据库接口：通过工控组态软件的的关系数据库接模块可以将数据写入到关系数据库表中，为管理系统使用相关数据提供方便；（7）保存历史数据：工控组态软件可以保存和显示历史数据和记录；（8）数据处理及转发：工控组态软件能够对采集的数据进行处理,并将数据转发给数据请求者；（9）IE浏览：通过在网页上建立超链接，使查询不同地点数据时更加灵活方便。

3.1.3 系统平台的机构和采方用式整个系统平台分为信息层、控制层和设备层三层结构。

其中信息层为矿地面局域网，控制层采用高速工业以太环网，设备层采用现场总线，保证了现场系统的实时性和可靠性。

3.2 工作原理KJ90NB监控系统的工作原理：井下的报警探头把采集到各种数据，通过工业交换机处理数据在传送到以太网交换机上，通过以太网交换机的总线，把数据经过两个地面交换机，而交换机采用负荷分担的方式把数据传到地面的MSTP（多业务传输平台），在由MSTP把采集到的信号传送到相关的部门。

把总部的MSTP(多业务传输平台)与各矿的MSTP相接就可以直接把各矿的各种数据传到总部，把这些数据用数据交换处理后，直接反应给调度中心，可以使总部对各个矿更好的发展工作进行了解。

工业以太网综合信息传输平台网络拓扑图如下：图13.2.1矿井通信与监控主要研究矿井通信、矿井监控信息传输等涉及煤矿安全生产的理论与关键技术。

以国家科技型中小企业创新基金“矿井多媒体综合业务数字网”项目为基础，建立井上/下100Mbps高速网络平台，在此基础上研究矿井监控所涉及的网络结构、实时性控制、通信协议、电气防爆等理论以及在矿井自动化中的具体应用。

3.2.2宽带网络技术及应用主要研究工业以太网和现场总线技术及在矿井通信中的应用、宽带接入技术、适合煤矿井下综合通信的传输媒质和网络拓扑结构、各种路由算法与优化以及在矿井自动化中的具体应用。

3.2.3 数字视频技术及应用主要研究矿井工业电视图像的识别技术、数据压缩、高质量实时传输，系统控制以及拥塞控制与避免等问题。

已成功开发了基于IP的数字化视频监控系统、煤矿分布式安全生产调度指挥系统等。

煤矿分布式安全生产调度指挥系统结构示意图3.2.4 煤炭企业信息化自动化系统集成主要研究煤炭企业信息化自动化集成模式，矿井安全生产信息的采集、传输、处理、数据挖掘的关键理论及技术。