某煤礦環(huán)網(wǎng)建設(shè)中工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用探析

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 張聰慧

煤礦環(huán)網(wǎng)建設(shè)是煤礦建設(shè)中極為重要的一部分。煤礦環(huán)網(wǎng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高度集中和信息的高速傳輸，達(dá)到三網(wǎng)合一的狀態(tài)，將煤礦生產(chǎn)、數(shù)據(jù)收集、安全控制、設(shè)備運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一起來(lái)，建立統(tǒng)一的生產(chǎn)管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的整體化控制。本文主要對(duì)煤礦環(huán)網(wǎng)建設(shè)中的工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 煤礦井下環(huán)網(wǎng)建設(shè)中的主要技術(shù)

目前，煤礦井下環(huán)網(wǎng)中的主要技術(shù)包括三種：

第一，用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)建設(shè)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，這種網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本低廉，比較適合在煤礦井下使用，但是要將其運(yùn)用于嚴(yán)酷的地下環(huán)境中，還需要其他的技術(shù)予以支持；

第二，用礦用無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（簡(jiǎn)稱“GEPON”）建設(shè)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，這一網(wǎng)絡(luò)比較適合傳輸IP業(yè)務(wù)，并且在未來(lái)會(huì)有更為廣闊的發(fā)展前景；

第三，用礦用光纖多通道傳輸技術(shù)（簡(jiǎn)稱“MCTP”）建設(shè)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，它主要運(yùn)用光纖傳輸技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)為三網(wǎng)合一提供網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸平臺(tái)。

這三種技術(shù)是煤礦環(huán)網(wǎng)建設(shè)中的重要技術(shù)，將這三種技術(shù)有效結(jié)合，才能建設(shè)三網(wǎng)合一的井下環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦各個(gè)系統(tǒng)的整體控制。

2 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)以太網(wǎng)主要包括以下幾個(gè)部分：集線器、管理型交換機(jī)、非管理型交換機(jī)以及管理型冗余交換機(jī)。這一網(wǎng)絡(luò)不僅可以應(yīng)用于普通的辦公室中，也可以應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中。到目前為止，以太網(wǎng)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，在煤礦生產(chǎn)中也不例外。但是，目前以太網(wǎng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用主要局限于簡(jiǎn)單的生產(chǎn)和設(shè)備管理之中，它的作用還沒(méi)有充分的體現(xiàn)出來(lái)。在未來(lái)的應(yīng)用中，必須要合理利用以太網(wǎng)建設(shè)井下環(huán)網(wǎng)，發(fā)揮它的特殊作用。具體來(lái)說(shuō)，主要從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用：

其一，以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的交換機(jī)接入能力極強(qiáng)，最高能夠接入100臺(tái)，不同的交換機(jī)都有各自的管理器，由各自的管理器決定他們的接入距離和傳輸距離；

其二，100M的以太網(wǎng)已經(jīng)成功運(yùn)行多年，1G的以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G的以太網(wǎng)技術(shù)也正處于發(fā)展之中，其網(wǎng)速與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)速相比要快得多；

其三，以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和通用性，當(dāng)后期以太網(wǎng)技術(shù)更新后，煤礦井下的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)設(shè)備需要升級(jí)時(shí)，操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，能夠極大的節(jié)約更換設(shè)備的費(fèi)用，并降低人力成本；

其四，以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)建設(shè)成本比較低廉，但是要將其運(yùn)用于地下煤礦中，還需要采取一定的技術(shù)提高其在惡劣環(huán)境中的運(yùn)行能力，比如運(yùn)用一定的保護(hù)措施保護(hù)設(shè)備和電纜；

其五，將礦井下的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷控制在30%以內(nèi)；其六，在環(huán)網(wǎng)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一臺(tái)交換機(jī)或者兩臺(tái)交換機(jī)。在以太網(wǎng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)的構(gòu)建中，必須要考慮到通信功能、安全性、信號(hào)強(qiáng)弱、報(bào)警系統(tǒng)、服務(wù)質(zhì)量等各方面的因素。本文中提到的煤礦環(huán)網(wǎng)建設(shè)中使用了1G的以太網(wǎng)技術(shù)，并且運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，通訊中斷時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，并盡快恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信。

3 GEPON環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

GEPON環(huán)網(wǎng)技術(shù)是將以太網(wǎng)與無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的技術(shù)。最早出現(xiàn)的EPON技術(shù)主要以100M的速度傳輸數(shù)據(jù)，而此處的GEPON是指1G的傳輸技術(shù)。它主要依據(jù)IEEE802.3協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，建設(shè)成本較低且性能很高，適用于大型煤礦企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)通信。它主要運(yùn)用單根光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，在煤礦井下主要有三個(gè)組成部分：礦用光纖網(wǎng)元適配器、光纜分線器、光纖網(wǎng)絡(luò)終端。這一技術(shù)在煤礦環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

其一，將這一技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下環(huán)網(wǎng)中，需要合理選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸和分線器的型號(hào)，一般都需要選用煤礦專用的型號(hào)，這樣能夠讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最大限度的滿足煤礦生產(chǎn)中網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰?/p>

其二，主網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x有著密切的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，主網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)有幾個(gè)，傳輸?shù)木嚯x就有多遠(yuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，在某煤礦環(huán)網(wǎng)中，主網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)有12個(gè)，那么網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離就應(yīng)該是12千米；

其三，這種技術(shù)兼具主機(jī)和手動(dòng)保護(hù)的雙重功能，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體控制，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面管理，將這一技術(shù)應(yīng)用于煤礦環(huán)網(wǎng)中，不僅能夠提高環(huán)網(wǎng)的傳輸速度，也能夠提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)的統(tǒng)一管理；

其四，基于GEPON環(huán)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的環(huán)網(wǎng)具有QOS、寬帶分配等功能；

其五，在環(huán)網(wǎng)中共有4個(gè)1G的以太網(wǎng)口，每個(gè)網(wǎng)口能接入32臺(tái)ONT設(shè)備，4個(gè)網(wǎng)口能夠接入128臺(tái)相關(guān)設(shè)備。每個(gè)設(shè)備上又有許多10M或者100M的網(wǎng)口，可以接入其他系統(tǒng)，當(dāng)煤礦井下需要接入環(huán)網(wǎng)時(shí)，便可以通過(guò)網(wǎng)口接入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)口出現(xiàn)問(wèn)題，并不會(huì)影響到整體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。目前很多煤礦在環(huán)網(wǎng)建設(shè)中都應(yīng)用了這一技術(shù)，在井下設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)站，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)引入地下礦井中，由監(jiān)測(cè)人員在地面總站對(duì)地下礦井中的生產(chǎn)情況和設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題以及生產(chǎn)中的不安全因素。當(dāng)然，人工監(jiān)測(cè)并不代表煤礦的環(huán)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4 MCTP環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

MCTP環(huán)網(wǎng)技術(shù)主要運(yùn)用光纖傳輸技術(shù)和以太網(wǎng)交換技術(shù)為三網(wǎng)合一提供數(shù)據(jù)交換和傳輸?shù)钠脚_(tái)。到目前為止，煤礦生產(chǎn)和設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋于正規(guī)煤礦井下的各個(gè)地方，并且已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)、管理、監(jiān)測(cè)三方面的信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化。由于MCTP自身的優(yōu)勢(shì)，將其運(yùn)用于環(huán)網(wǎng)之中，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)信息的傳輸提供一個(gè)安全的高效的平臺(tái)，并且每條信息傳輸隧道都是相互獨(dú)立的，這樣能夠讓多條信息同時(shí)傳輸，在傳輸中不會(huì)產(chǎn)生交集，不會(huì)出現(xiàn)信息混亂甚至丟失的狀況。除此之外，這一技術(shù)的應(yīng)用還能夠提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群捅Ｃ苄裕⑶夷軌蚪ㄔO(shè)雙環(huán)網(wǎng)和單環(huán)網(wǎng)。它的自愈保護(hù)時(shí)間為50ms，相對(duì)于其他以太網(wǎng)，自愈時(shí)間大大減少，從而極大的提高了系統(tǒng)的工作效率。在煤礦環(huán)網(wǎng)的建設(shè)中，要應(yīng)用這一技術(shù)，必須要核實(shí)具體的電源型號(hào)、接地情況、服務(wù)器、防爆情況等等，在環(huán)網(wǎng)建設(shè)前要做好整體規(guī)劃。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，我國(guó)的煤礦開采行業(yè)正處于發(fā)展的瓶頸期，要改變煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，必須要改變目前的管理方法，將環(huán)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)之中。具體來(lái)說(shuō)，需要在煤礦環(huán)網(wǎng)的建設(shè)中應(yīng)用工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)，包括工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)、GEPON環(huán)網(wǎng)技術(shù)以及MCTP環(huán)網(wǎng)技術(shù)。將這三種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮每一種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)之間的互補(bǔ)，最終建設(shè)可用的高效的煤礦環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，從而達(dá)到監(jiān)督煤礦生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)煤礦生產(chǎn)設(shè)備的目的，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)、管理三方面信息的快速交流，最終促進(jìn)我國(guó)煤礦開采事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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