隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,、能源需求的增長(zhǎng),，煤礦井下各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多，數(shù)據(jù)量急劇增加,。為了適應(yīng)這種狀況,，礦井監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)已經(jīng)從原來(lái)的模擬傳輸發(fā)展到數(shù)字傳輸，并提出了對(duì)“三網(wǎng)合一”即數(shù)據(jù),、視頻和語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)一個(gè)通道傳輸)的實(shí)際要求,，礦井綜合自動(dòng)化傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。
礦用GEPON(千兆無(wú)源光纖以太網(wǎng))專(zhuān)門(mén)針對(duì)應(yīng)用環(huán)境惡劣的煤礦井下開(kāi)發(fā),，成本低,，寬帶且?guī)捒蓜?dòng)態(tài)分配，系統(tǒng)穩(wěn)定,，易于安裝維護(hù),，故障率低，組網(wǎng)靈活,，易于擴(kuò)展,，適合于綜合傳輸視頻、數(shù)據(jù),、語(yǔ)音等信息,，可作為全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的高速主干傳輸平臺(tái)。本文主要介紹礦用千兆無(wú)源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應(yīng)用設(shè)計(jì),。
方案選擇
系統(tǒng)技術(shù)選擇
目前,，礦用綜合自動(dòng)化信息傳輸技術(shù)主要有3種：工業(yè)以太網(wǎng)、GEPON和基于SDH技術(shù)的傳輸,。GEPON是PON技術(shù)中最新實(shí)用的一種,，不但集成了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的低成本優(yōu)勢(shì)，而且與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位的以太網(wǎng)技術(shù)無(wú)縫融合,。其具備以下優(yōu)勢(shì)：組網(wǎng)靈活,，環(huán)形、樹(shù)形,、星形都可以,。與以太網(wǎng)技術(shù)無(wú)縫融合;采用光無(wú)源技術(shù)組網(wǎng);采用本質(zhì)安全型接入設(shè)備;具備多種冗余功能;帶寬利用率極高;成本低，方便維護(hù),、擴(kuò)展,。
因此，平煤十二礦在上述3種技術(shù)中選擇了GEPON作為礦井信息傳輸?shù)钠脚_(tái),。
系統(tǒng)構(gòu)架選擇
礦用GEPON網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要有樹(shù)狀和環(huán)狀2種冗余方式,。樹(shù)狀冗余的特點(diǎn)是分支靈活、傳輸距離遠(yuǎn),、光口所接光網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)多,，但其光纜布線施工復(fù)雜，備用光纖故障監(jiān)測(cè)較難實(shí)現(xiàn),。環(huán)狀冗余的特點(diǎn)是光纜布線施工簡(jiǎn)單,、備用光纖故障監(jiān)測(cè)容易、故障冗余切換時(shí)間短,，但其每個(gè)光口所接光網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)一般不超過(guò)10個(gè),。但當(dāng)設(shè)置點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，可設(shè)置多個(gè)環(huán),。分支和傳輸距離問(wèn)題可通過(guò)合理設(shè)置光網(wǎng)絡(luò)終端和設(shè)計(jì)光功率分配加以解決,。因此，平煤十二礦綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸采用環(huán)狀冗余型礦用GEPON系統(tǒng),。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,，主要由地面光線路終端(OLT)、分光器(KL5001A)及光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)等組成,。
針對(duì)平煤十二礦實(shí)際情況,，該設(shè)計(jì)的GEPON系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一路工作,，一路檢測(cè)備用,。地面機(jī)房設(shè)置一臺(tái)光線路終端、一臺(tái)冗余控制器,、計(jì)算機(jī),、交換機(jī)等，完成線路狀態(tài)檢測(cè),、數(shù)據(jù)交換,、數(shù)據(jù)傳輸控制、帶寬分配等功能,。從主井口和副井口分別鋪設(shè)阻燃單模光纜,，在井下形成光纖環(huán),。井下共設(shè)置8個(gè)接入點(diǎn)，每個(gè)接入點(diǎn)均設(shè)置一臺(tái)無(wú)源分光器(KL5001A),，組成系統(tǒng)的主干傳輸光纖通道,。每個(gè)分光器上接入對(duì)應(yīng)的ONT，把井下各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),、視頻圖像,、IP語(yǔ)音等匯入，通過(guò)無(wú)源主干網(wǎng)絡(luò),，集中,、高速地送到地面監(jiān)控主機(jī)。在2號(hào)和8號(hào)ONT上,，接入礦用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等,。
系統(tǒng)功能特點(diǎn)及主要參數(shù)
系統(tǒng)功能
●一根光纖中同時(shí)傳輸多路工業(yè)電視信號(hào)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào),、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào),、IP調(diào)變通信信號(hào)等。
●具有豐富的軟件接口(OPC,，DDE,，OD-BEC，F(xiàn)I’P),，其無(wú)縫整合各子系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)全礦的管控一體化。
●具有完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能,，可以實(shí)現(xiàn)OLT和ONT的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)的管理及故障報(bào)警功能,。
●可以對(duì)每個(gè)ONT及OLT進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置及狀態(tài)報(bào)告，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雙總線及環(huán)毛結(jié)構(gòu)冗余的自動(dòng)及手動(dòng)保護(hù)功能,。
●具有端口帶寬分配功能,。
●可在任何一臺(tái)工作站上實(shí)現(xiàn)對(duì)井上、井下設(shè)備的控制,。
●具有強(qiáng)大的圖形組態(tài)功能,，可組屏分屏顯示各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形。
●具有數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì),、歷史曲線顯示,、報(bào)打印、逐級(jí)報(bào)警,、數(shù)據(jù)系統(tǒng)分級(jí)管理,、報(bào)警故障：錄,、完整的事件記錄等功能。
●每臺(tái)OLT提供4個(gè)千兆以太網(wǎng)光口,，支4個(gè)環(huán)網(wǎng),，每個(gè)環(huán)網(wǎng)使用2芯光纖，所接光網(wǎng)絡(luò)端數(shù)不少于10臺(tái),。
系統(tǒng)特點(diǎn)
●主干光網(wǎng)絡(luò)采用下行廣播、上行TDM適應(yīng)方式,，每臺(tái)ONT動(dòng)態(tài)分配一定的時(shí)隙(最多保一100MB/s帶寬),，能綜合傳輸多路工業(yè)電視監(jiān)控畫(huà)面、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào),、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào),、IP調(diào)通信信號(hào)等，并保證信息交換的實(shí)時(shí)性及傳輸質(zhì)(QoS),。
●系統(tǒng)帶寬利用率高,，可達(dá)70%，因而可流暢地傳輸大容量的視頻信號(hào),。
●系統(tǒng)具有主機(jī)和線路冗余功能,，可實(shí)現(xiàn)OLT端口的狀態(tài)、備用光纖的通斷狀態(tài)監(jiān)測(cè),，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換,，因而可靠穩(wěn)定。
●井下光網(wǎng)絡(luò)終端采用本安型設(shè)備,，即插用,，體積小，方便安裝,。
●系統(tǒng)具有RJ45/RS一485接口,，可方便接入各個(gè)子系統(tǒng)的信號(hào)。
●系統(tǒng)具有雙總線,、環(huán)形2種冗余方式,，既保證了系統(tǒng)的可靠性，又增加了系統(tǒng)組網(wǎng)的靈活性,。
●系統(tǒng)采用千兆無(wú)源光纖分支技術(shù),，單一ONT故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)防爆性能好,，抗干擾能力強(qiáng),，運(yùn)行穩(wěn)定。
系統(tǒng)主要參數(shù)
●主干網(wǎng)絡(luò)通信速率：1Gbps,。
●主干網(wǎng)絡(luò)傳輸距離：不小于10km,。
●網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)：不少于40個(gè),。
●網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信速率：10～100Mbit/s可調(diào)。
●系統(tǒng)冗余切換時(shí)間：小于100ms,。
主要設(shè)備簡(jiǎn)介
光線路終端(OLT)
光線路終端(OLT)是GEPON系統(tǒng)的中心設(shè)備,，它向核心以太網(wǎng)提供4個(gè)千兆以太網(wǎng)端口，向ONT設(shè)備提供4個(gè)千兆以太網(wǎng)光纖端口,，具有二層/三層交換和光纖端口冗余功能,。
設(shè)備接口：①LAN端口：1個(gè)，RJ4510/lOOBase-T;②上行接口：4個(gè)GE接口;③PON接口：4個(gè)千兆接口,。
礦用光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)
礦用光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)是GEPON系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備側(cè)設(shè)備,，通過(guò)千兆無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)終結(jié)從光線路終端傳送來(lái)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。與OLT配合,，ONT可向相連的礦用數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng),、礦用寬帶監(jiān)測(cè)、礦用IP調(diào)度通信系統(tǒng)等提供寬帶綜合通詹,。主要參數(shù)如下：
●本安供電：直流電壓15～19V,，電流不大于700mA。
●電端口：10/100Base-T自適應(yīng)端口,，本安RS一485端口
●光纖端口：連接口類(lèi)型為sc,，單根光纖，上行工作波長(zhǎng)1310nm,，下行1490nlTl,，傳輸速率lGbps，上下行允許光線路衰減28dB,。
冗余控制器
冗余控制器可以實(shí)現(xiàn)OLT的端口設(shè)備冗余,、線路冗余，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主要設(shè)備OLT工作端口和備用設(shè)備OLT端口的狀態(tài),，監(jiān)測(cè)備用光纖的通斷狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換等。
控制器功能：
●實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OLT光端口和環(huán)網(wǎng)光纖的狀態(tài),。
●OLT設(shè)備端口故障或光纖中斷時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)切換,。
●雙環(huán)光纖都中斷時(shí)可自動(dòng)形成雙樹(shù)結(jié)構(gòu)。
●控制器在斷電時(shí)可保持原有狀態(tài),，網(wǎng)絡(luò)通信不中斷,。
●控制器切換時(shí)間小于10ms(網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間與系統(tǒng)有關(guān))。
●探測(cè)器檢測(cè)靈敏度小于一30dBm,。
●OLT光端口異常,、硬件故障時(shí)報(bào)警。
●控制器具有自動(dòng),、手動(dòng)控制模式,。
結(jié)束語(yǔ)
平煤十二礦GRPON系統(tǒng)的建設(shè),，為下一步礦井其他子系統(tǒng)的建設(shè)接入提供了一個(gè)高速、安全,、穩(wěn)定的平臺(tái),，為平煤集團(tuán)公司的其他礦井積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。該系統(tǒng)的實(shí)施,，把平煤十二礦原來(lái)單獨(dú)的子系統(tǒng)有效地結(jié)合起來(lái),，達(dá)到了集中管理、數(shù)據(jù)共享,、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的效果,，提高了礦井的生產(chǎn)效率。將視頻圖象,、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等共線集中上傳,，方便維護(hù)管理,，分散了原有各系統(tǒng)的故障點(diǎn),，使系統(tǒng)更加可靠。GEPON系統(tǒng)獨(dú)有的冗余方式,，使光纖環(huán)路上的任意故障點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)不構(gòu)成影響,。本安型的接入設(shè)備，使得光網(wǎng)絡(luò)終端可以放入高瓦斯區(qū)域或采煤工作面,、掘進(jìn)工作面等,。
平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù),、圖像傳輸流暢,，環(huán)路安全可靠，局部設(shè)備的斷電,、故障不影響系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸,。