工业环网技术在西山煤矿环网建设中的应用

王 强

(山西焦煤西山煤电集团公司杜儿坪矿，山西 太原 030022)

西山煤电集团公司现有几十座煤矿，国有大型煤矿9座，这些煤矿建矿早，开采时间长，井上、下接入系统多，传输距离远，井下巷道复杂;地方整合煤矿建矿晚，开采时间短，井上、下接入系统少，传输距离近，井下巷道不太复杂。对井下环网性能要求也不一样。

目前，西山各煤矿还没有全部开始建设井下环网，只是在个别矿进行了试点。当前煤矿井下环网主要是由三种技术构成的基于光纤传输介质的环网。第一种是用工业以太网交换机建成的井下环网;第二种是基于GEPON(矿用无源光纤网络)技术建成的井下环网;第三种是基于MCTP(矿用光纤多通道传输)技术建成的井下环网。这三种技术建成的井下环网可以实现三网合一，可以将生产监测监控子系统集成到统一的传输平台上。但三种技术又有各自的特点。针对西山各煤矿的不同情况，应该选择不同技术来建设各煤矿的井下环网。

1 工业以太网交换机的井下环网

工业以太网交换机的井下环网由核心交换机和接入交换机构成。环网特点：1)主干环网采用单模光纤双芯传输，上传和接收分芯传输，传输速率100 M/s、1 000 M/s、10 000 M/s。2) 主干环网升级扩展方便，只要是以太链路，无论是100 M、1 G或者10 G都可以轻松部署，支持链路聚合。3)千兆环网典型自愈时间小于50 ms。4)主干环网每个环可接100台以内的交换机;交换机之间的距离由不同传输距离的光模块决定(有20 kM，50 kM等)。5)通过网络视频服务器、语音网关、CAN/RS485采集模块，可将数字、视频、音频等信号接入环网，不支持非标总线控制协议。6)可以构建每个节点1台交换机的单环网或每个节点2台交换机互为备份的双环网。7)交换机下井安装前加装煤矿专用防爆壳，保证在煤矿井下恶劣、危险环境长期安全稳定运行。8)采用QOS、VLAN划分、故障报警等功能，保证了系统运行的安全性和可靠性。9)交换机可采用全双工或半双工通信。10)只要将网络负荷控制在30%以下，就可以满足控制网络的实时性要求。

太原东山煤矿以1 000 M工业以太网交换机构建了井下环网，主要为井下视频监控系统、人员考勤定位系统等系统提供了集中传输的网络平台，实现对井下各信息系统的远程集中监测，但没有进行地面远程集中控制。

2 GEPON无源光纤网络的井下环网

矿用GEPON网络，采用单根光纤实现数字信号、语音信号、视频信号的同时传输。井下GEPON系统主要由光纤网络终端OLT，矿用光缆分线器，矿用光纤网元适配器ONT三部分组成。环网特点：1)矿井千兆无源光网络主干环网采用单模光纤单芯传输，上传和接收同芯传输。系统的核心设备OLT在井上，所有入井设备均为矿用本安型，不受井下防爆环境局限。2)OLT有4个1 000 M以太网口，每个1 000 M以太网口可接32台ONT，每台ONT有多个10/100 M以太网口和RS－485系统主用以太网接口，有主流通讯协议转换接口，具有高通用性。3)采用光无源分支技术，单一ONT故障不影响整个环网的运行;光分支点不需要有源设备，只需光分支器即可完成且可级联使用。4)具有主机和双纤环路冗余功能，即使在双环均中断的情况下仍可以星型方式工作;并有主机和双纤环路冗余、光纤故障监测报警和自动及手动保护切换的网络管理功能，传输质量高，运行可靠性高。5)视频、数据、语音等基于IP及现场各类工业总线的综合传输需求，总体投资小于其他建网技术且性能优异。6)主干环网上有10个节点，整个环的传输距离10 km;主干环网上有4个节点，整个环的传输距离20 km;7)环网冗余切换时间小于100 ms。8)系统带宽可动态分配，每台ONT动态分配的流量最大可达100 M带宽，保证了环网的实时性和传输质量。9)主干环网建成后需增加新节点时，调试困难，会影响整个环网的运行。10)下行采用TDM复用广播方式、上行采用TDMA复用方式。11)系统所有设备具有系统带宽分配、QOS、VLAN划分等功能，不支持非标总线控制协议。

霍州煤电集团干河矿应用GEPON技术构建了井下环网，接入了安全监控系统及井下监测分站、井下无线通讯、数字化视频等系统。采用实时数据库技术及组态技术，形成了统一的管控指挥应用平台，实现了供电等系统的远程控制。但井下相关岗位还有人值守。

3 MCTP多通道传输平台的井下环网

MCTP(矿用多通道传输平台)采用了先进的RPR技术、隧道技术及虚拟网络等技术，实现语音、视频、数字信号接入传输功能。矿用MCTP技术构建的井下环网特点：1)MCTP技术可以组成多节点双光纤环网，环网的自愈时间小于50 ms，实现链路和系统设备的冗余保护。2)MCTP的节点设备之间直接传输距小于45 km。3)CMTP系统具有网络管理功能，可以实现对整个传输网络的统一监控和管理。4)MCTP传输平台能提供足够的带宽和QOS保障。5)MCTP采用隧道技术，各种信号以独立信道的方式实现实时数据传输，各信道间实现了物理上的隔离，确保传输的可靠性和实时性。6)不同的业务模板接入不同的信号，有异步数据接入模块、模拟语音接入模块、以太网接入模块等。7)MCTP的网络节点设备为工业级产品且为本质安全型设备，全部业务模块均支持热插拔，极大地方便了设备的日常维护和故障的快速排除。8)支持非标总线控制协议。9)主干环网建成后网络节点还可以增加。10)MCTP可以构建单环网或双环网。

山东许厂矿应用MCTP技术构建了井下环网，通过环网实现了井下皮带、架空乘人装置等系统的地面远程控制，做到井下现场无人值守，地面集中控制运行大幅提高煤矿生产能力和安全生产管理水平，减少了井下人员。三种技术对比见表1。

表1 三种技术对比表

通过以上比较研究，三种技术各有优劣。对于地方整合煤矿井下巷道布局简单、距离短、井下主干环网节点可以一次布置完成、井下没有采用非标总线控制协议系统、投入资金少且地面对井下集中控制的系统少的煤矿，可以选用矿用GEPON技术构建井下环网。由于GEPON技术的传输光的波长是1 310 nm和1 490 nm，所以，整个环网有距离限制。对于9座国有大型煤矿中井下巷道布局复杂且距离远、井下主干环网节点不能一次布置完成的，需要以后增加，井下没有采用非标总线控制协议的系统、投入资金较充足且地面对井下集中控制的系统少、视频信号少的煤矿，可以选用千兆工业以太网交换机技术构建井下环网。对于9座国有大型煤矿中井下巷道布局复杂且距离远、井下主干环网节点不能一次布置完成，需要以后增加、井下采用非标总线控制协议的系统多、投入资金充足且要求地面对井下集中控制的系统多、视频信号多，并且井下有些系统要做到无人值守，井下老系统采用总线控制协议类型多、井下模拟电话也要接入环网的煤矿，可以选用矿用MCTP技术构建井下环网。

［1］ 付贵宝．浅谈MCTP在煤矿工业以太环网中的应用［J］．山西科技，2008(5)：44－45．

［2］ 韩晓东，范佩磊，邓 荣．矿用GEPON在祁南煤矿综合信息监控系统中的应用［J］．工矿自动化，2008(5)：115－116．

［3］ 汤大立，田伊鹏．千兆环型工业以太网在煤矿安全集成监控系统中的应用［J］．煤矿机电，2009(2)：83－85．

［4］ 李世银，钱建生，孙彦景，等．煤矿工业以太网络模型研究及应用［J］．华中科技大学学报，2007(3)：46－48．

［5］ 龚道香，石旭刚，黄秀珍．实时工业以太环网交换机的设计［J］．电讯技术，2008(1)：86－89．