王 強
(山西焦煤西山煤電集團公司杜兒坪礦,山西 太原 030022)
西山煤電集團公司現(xiàn)有幾十座煤礦,國有大型煤礦9座,這些煤礦建礦早,開采時間長,井上、下接入系統(tǒng)多,傳輸距離遠(yuǎn),井下巷道復(fù)雜;地方整合煤礦建礦晚,開采時間短,井上、下接入系統(tǒng)少,傳輸距離近,井下巷道不太復(fù)雜。對井下環(huán)網(wǎng)性能要求也不一樣。
目前,西山各煤礦還沒有全部開始建設(shè)井下環(huán)網(wǎng),只是在個別礦進(jìn)行了試點。當(dāng)前煤礦井下環(huán)網(wǎng)主要是由三種技術(shù)構(gòu)成的基于光纖傳輸介質(zhì)的環(huán)網(wǎng)。第一種是用工業(yè)以太網(wǎng)交換機建成的井下環(huán)網(wǎng);第二種是基于GEPON(礦用無源光纖網(wǎng)絡(luò))技術(shù)建成的井下環(huán)網(wǎng);第三種是基于MCTP(礦用光纖多通道傳輸)技術(shù)建成的井下環(huán)網(wǎng)。這三種技術(shù)建成的井下環(huán)網(wǎng)可以實現(xiàn)三網(wǎng)合一,可以將生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的傳輸平臺上。但三種技術(shù)又有各自的特點。針對西山各煤礦的不同情況,應(yīng)該選擇不同技術(shù)來建設(shè)各煤礦的井下環(huán)網(wǎng)。
工業(yè)以太網(wǎng)交換機的井下環(huán)網(wǎng)由核心交換機和接入交換機構(gòu)成。環(huán)網(wǎng)特點:1)主干環(huán)網(wǎng)采用單模光纖雙芯傳輸,上傳和接收分芯傳輸,傳輸速率100 M/s、1 000 M/s、10 000 M/s。2) 主干環(huán)網(wǎng)升級擴展方便,只要是以太鏈路,無論是100 M、1 G或者10 G都可以輕松部署,支持鏈路聚合。3)千兆環(huán)網(wǎng)典型自愈時間小于50 ms。4)主干環(huán)網(wǎng)每個環(huán)可接100臺以內(nèi)的交換機;交換機之間的距離由不同傳輸距離的光模塊決定(有20 kM,50 kM等)。5)通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、語音網(wǎng)關(guān)、CAN/RS485采集模塊,可將數(shù)字、視頻、音頻等信號接入環(huán)網(wǎng),不支持非標(biāo)總線控制協(xié)議。6)可以構(gòu)建每個節(jié)點1臺交換機的單環(huán)網(wǎng)或每個節(jié)點2臺交換機互為備份的雙環(huán)網(wǎng)。7)交換機下井安裝前加裝煤礦專用防爆殼,保證在煤礦井下惡劣、危險環(huán)境長期安全穩(wěn)定運行。8)采用QOS、VLAN劃分、故障報警等功能,保證了系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。9)交換機可采用全雙工或半雙工通信。10)只要將網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷控制在30%以下,就可以滿足控制網(wǎng)絡(luò)的實時性要求。
太原東山煤礦以1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)交換機構(gòu)建了井下環(huán)網(wǎng),主要為井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員考勤定位系統(tǒng)等系統(tǒng)提供了集中傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)平臺,實現(xiàn)對井下各信息系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測,但沒有進(jìn)行地面遠(yuǎn)程集中控制。
礦用GEPON網(wǎng)絡(luò),采用單根光纖實現(xiàn)數(shù)字信號、語音信號、視頻信號的同時傳輸。井下GEPON系統(tǒng)主要由光纖網(wǎng)絡(luò)終端OLT,礦用光纜分線器,礦用光纖網(wǎng)元適配器ONT三部分組成。環(huán)網(wǎng)特點:1)礦井千兆無源光網(wǎng)絡(luò)主干環(huán)網(wǎng)采用單模光纖單芯傳輸,上傳和接收同芯傳輸。系統(tǒng)的核心設(shè)備OLT在井上,所有入井設(shè)備均為礦用本安型,不受井下防爆環(huán)境局限。2)OLT有4個1 000 M以太網(wǎng)口,每個1 000 M以太網(wǎng)口可接32臺ONT,每臺ONT有多個10/100 M以太網(wǎng)口和RS-485系統(tǒng)主用以太網(wǎng)接口,有主流通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口,具有高通用性。3)采用光無源分支技術(shù),單一ONT故障不影響整個環(huán)網(wǎng)的運行;光分支點不需要有源設(shè)備,只需光分支器即可完成且可級聯(lián)使用。4)具有主機和雙纖環(huán)路冗余功能,即使在雙環(huán)均中斷的情況下仍可以星型方式工作;并有主機和雙纖環(huán)路冗余、光纖故障監(jiān)測報警和自動及手動保護(hù)切換的網(wǎng)絡(luò)管理功能,傳輸質(zhì)量高,運行可靠性高。5)視頻、數(shù)據(jù)、語音等基于IP及現(xiàn)場各類工業(yè)總線的綜合傳輸需求,總體投資小于其他建網(wǎng)技術(shù)且性能優(yōu)異。6)主干環(huán)網(wǎng)上有10個節(jié)點,整個環(huán)的傳輸距離10 km;主干環(huán)網(wǎng)上有4個節(jié)點,整個環(huán)的傳輸距離20 km;7)環(huán)網(wǎng)冗余切換時間小于100 ms。8)系統(tǒng)帶寬可動態(tài)分配,每臺ONT動態(tài)分配的流量最大可達(dá)100 M帶寬,保證了環(huán)網(wǎng)的實時性和傳輸質(zhì)量。9)主干環(huán)網(wǎng)建成后需增加新節(jié)點時,調(diào)試?yán)щy,會影響整個環(huán)網(wǎng)的運行。10)下行采用TDM復(fù)用廣播方式、上行采用TDMA復(fù)用方式。11)系統(tǒng)所有設(shè)備具有系統(tǒng)帶寬分配、QOS、VLAN劃分等功能,不支持非標(biāo)總線控制協(xié)議。
霍州煤電集團干河礦應(yīng)用GEPON技術(shù)構(gòu)建了井下環(huán)網(wǎng),接入了安全監(jiān)控系統(tǒng)及井下監(jiān)測分站、井下無線通訊、數(shù)字化視頻等系統(tǒng)。采用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)及組態(tài)技術(shù),形成了統(tǒng)一的管控指揮應(yīng)用平臺,實現(xiàn)了供電等系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。但井下相關(guān)崗位還有人值守。
MCTP(礦用多通道傳輸平臺)采用了先進(jìn)的RPR技術(shù)、隧道技術(shù)及虛擬網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)字信號接入傳輸功能。礦用MCTP技術(shù)構(gòu)建的井下環(huán)網(wǎng)特點:1)MCTP技術(shù)可以組成多節(jié)點雙光纖環(huán)網(wǎng),環(huán)網(wǎng)的自愈時間小于50 ms,實現(xiàn)鏈路和系統(tǒng)設(shè)備的冗余保護(hù)。2)MCTP的節(jié)點設(shè)備之間直接傳輸距小于45 km。3)CMTP系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)管理功能,可以實現(xiàn)對整個傳輸網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。4)MCTP傳輸平臺能提供足夠的帶寬和QOS保障。5)MCTP采用隧道技術(shù),各種信號以獨立信道的方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸,各信道間實現(xiàn)了物理上的隔離,確保傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。6)不同的業(yè)務(wù)模板接入不同的信號,有異步數(shù)據(jù)接入模塊、模擬語音接入模塊、以太網(wǎng)接入模塊等。7)MCTP的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備為工業(yè)級產(chǎn)品且為本質(zhì)安全型設(shè)備,全部業(yè)務(wù)模塊均支持熱插拔,極大地方便了設(shè)備的日常維護(hù)和故障的快速排除。8)支持非標(biāo)總線控制協(xié)議。9)主干環(huán)網(wǎng)建成后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還可以增加。10)MCTP可以構(gòu)建單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)。
山東許廠礦應(yīng)用MCTP技術(shù)構(gòu)建了井下環(huán)網(wǎng),通過環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)了井下皮帶、架空乘人裝置等系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)程控制,做到井下現(xiàn)場無人值守,地面集中控制運行大幅提高煤礦生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)管理水平,減少了井下人員。三種技術(shù)對比見表1。
表1 三種技術(shù)對比表
通過以上比較研究,三種技術(shù)各有優(yōu)劣。對于地方整合煤礦井下巷道布局簡單、距離短、井下主干環(huán)網(wǎng)節(jié)點可以一次布置完成、井下沒有采用非標(biāo)總線控制協(xié)議系統(tǒng)、投入資金少且地面對井下集中控制的系統(tǒng)少的煤礦,可以選用礦用GEPON技術(shù)構(gòu)建井下環(huán)網(wǎng)。由于GEPON技術(shù)的傳輸光的波長是1 310 nm和1 490 nm,所以,整個環(huán)網(wǎng)有距離限制。對于9座國有大型煤礦中井下巷道布局復(fù)雜且距離遠(yuǎn)、井下主干環(huán)網(wǎng)節(jié)點不能一次布置完成的,需要以后增加,井下沒有采用非標(biāo)總線控制協(xié)議的系統(tǒng)、投入資金較充足且地面對井下集中控制的系統(tǒng)少、視頻信號少的煤礦,可以選用千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機技術(shù)構(gòu)建井下環(huán)網(wǎng)。對于9座國有大型煤礦中井下巷道布局復(fù)雜且距離遠(yuǎn)、井下主干環(huán)網(wǎng)節(jié)點不能一次布置完成,需要以后增加、井下采用非標(biāo)總線控制協(xié)議的系統(tǒng)多、投入資金充足且要求地面對井下集中控制的系統(tǒng)多、視頻信號多,并且井下有些系統(tǒng)要做到無人值守,井下老系統(tǒng)采用總線控制協(xié)議類型多、井下模擬電話也要接入環(huán)網(wǎng)的煤礦,可以選用礦用MCTP技術(shù)構(gòu)建井下環(huán)網(wǎng)。
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