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【摘 要】目前煤矿井下安全监控系统的传输设备众多,传输架构各异,包括星型、树型、环型、复合型等网络传输结构,本文对传输结构的种类、技术特点、及应用范围做了介绍及技术分析,指出了监控系统传输结构的发展方向,为六大系统的有效、可靠、安全的运行保驾护航.

怎样写煤矿安全监控系统本科论文
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【关 键 词】星型网络,树型网络,环型网络,复合网络

1.引言

安全监控系统为煤矿安全生产保驾护航、是井下“六大系统”的重要组成部分,系统一般由传感器、执行器、分站、隔爆电源、主站或传输接口等井下设备组成.监控系统信息传输应符合MT/T899《煤矿用信息传输装置》的要求,系统网络是指系统中的分站与分站之间、分站与中心站之间、分站与传感器（含执行机构）之间的相互连接关系.监控系统的网络形式同一般的数字通信和计算机通信网络相比,具有本质安全的特殊要求.为保证系统的安全可靠运行,网络结构应满足如下条件：取得安标及防爆认证,在传感器分散分布的情况下,通过与适当的复用方式配合,使系统的传输电缆用量最少、抗电磁干扰能力强、抗故障能力强,当系统中某些分站发生故障时,力求不影响系统中其余分站的正常工作,当传输电缆发生故障时,不影响整个系统的正常工作,当主站及主干电缆发生故障时,保证甲烷断电及甲烷风电闭锁等功能.安全监控系统传输网络结构主要有星形网络结构、树形网络结构、环形网络结构、复合网络结构等.

2.星型网络结构

星形（又称放射状）网络结构就是系统中的每一分站通过一根传输电缆与中心站相连,如图1所示.采用这种网络结构的监控系统具有发送和接收设备简单,传输阻抗易于匹配,各分站之间干扰小,抗故障能力强,可靠性高,并且可以由中心站向甲烷等传感器本质安全供电等优点.但是这种结构所需传输电缆用量大,特别是当系统监控容量大、使用分站多时,系统的造价高,且不便于安装和维护.因此,该网络系统仅用于小容量的监控系统,不宜用于中大型监控系统使用.

图1星形网络结构

3.树形网络结构

树形（又称树状）网络结构是将系统中每一分站使用一根传输电缆就近接到系统传输电缆上,如图2所示.采用这种结构的监控系统所使用的传输电缆最少,但由于往往传输阻抗难以匹配,且多路分流,在信号发送功率一定的情况下信噪比较低,抗电磁干扰能力较差.在半双工传输系统中,分站的故障还会影响系统的正常工作.例如,当分站死机时,若分站处于发送状态,将会长时间占用信道,影响系统正常工作,直至故障排除或分站从系统中脱离.

图2树形网络结构

采用该种结构的监控系统,其信号传输质量与分支多少、分支位置、线路长度、端接阻抗、分站发送电路截止时漏电流等因素有关,不确定因素太多,难以保证质量.

4.环形网络结构

环形网络结构就是系统中各分站与中心站用一根电缆串在一起,形成一个环,如图3所示.不难看出,环形系统需要电缆往复敷设.因此,使用电缆数量大于树形系统,小于星形系统.环形系统中各分站的工作状态是受中心站控制,具有如图3所示：

图3环形网络结构

（1）由于传输电缆没有分支.因此,传输阻抗易于匹配,不存在过电压、过电流、电磁波反射严重等问题,系统抗电磁干扰能力强,利于防爆.

（2）由于上一分站的信号仅仅传给下一分站接收.因此,不存在多路分流问题,并且当分站误动作时,不会出现传输线上信号能量迭加问题,也不会因为发送电路漏电流较大而影响系统工作.

（3）由于环形系统中任一分站既是上一分站的接收机,又是下一分站的发送机,分站可对接收到的数字信号进行门限判决、整形、放大.因此,在数字传输方式下,抗干扰能力进一步加强.

（4）环形系统的致命问题是抗故障能力差,当系统电缆在任一处发生故障（短路或开路）或任一分站发生故障时,整个系统将无法正常工作.因为在故障点之前的分站虽能接收到同步信号,但信号不能传至中心站,而在故障点之后的分站,接收不到信号,无法正常工作.

5.复合网络结构

复合网络结构是环形和树形结构的复合改进.把井下划分几个大区域,区域间采用环形网络结构与中心站相连,区域内分站采用树型结构,如图4所示.

图4复合网络结构

复合结构中传输通道一般由冗余工业以太环网和现场总线组成,如RS485和CAN总线等.工业以太环网具有通讯冗余功能,一侧线路故障时,因其自愈时间短,一般小于20ms,不影响系统正常运行,具有很高的可靠性能,同时复合网络结构中树形网络使用电缆少、成本低、使用维护方便的特点,适用于大中型监控系统中.

6.总结与展望

本文分别介绍安全监控系统网络传输中普遍应用的星型网络、树型网络、环型网络、复合网络的优缺点,近年来,随