礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐杰

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015;

2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015)

礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐杰1,2

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015;

2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015)

摘要：針對在井下光纜敷設(shè)或熔接不易的場合以及移動類設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，工業(yè)以太網(wǎng)靈活性及移動性不佳的問題，設(shè)計(jì)了基于2.4G-WiFi的礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器，通過2.4G-WiFi無線傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了有線以太環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)的無線傳輸。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了該接入器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)接入器； 工業(yè)以太網(wǎng)； 無線傳輸

0引言

礦用光纜以其帶寬高、穩(wěn)定性好、抗電磁干擾性能佳等優(yōu)點(diǎn)，已作為主要傳輸媒質(zhì)在工業(yè)以太網(wǎng)、GEPON、MCTP等礦井主干傳輸網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用[1]。但由于光纜存在熔接工序復(fù)雜、移動不易等缺點(diǎn)，導(dǎo)致有線網(wǎng)絡(luò)用于井下光纜敷設(shè)、熔接不易的場合或移動設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸時(shí)存在覆蓋盲區(qū)。針對該問題，本文開發(fā)了基于2.4G-WiFi的礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器，通過有線與無線制式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的無線傳輸，可應(yīng)用于井下移動類設(shè)備的語音、數(shù)據(jù)及視頻傳輸。

1無線傳輸方式選擇

目前煤礦應(yīng)用的無線通信技術(shù)主要有小靈通、漏泄通信、3G、WiFi等[2-5]，其中小靈通已逐步退出井下無線傳輸領(lǐng)域，其余3種技術(shù)對比見表1。

表1　礦用無線通信技術(shù)比較

WiFi網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)多用，支持語音、視頻等數(shù)據(jù)傳輸，可節(jié)省大量網(wǎng)絡(luò)成本[6]。綜合考慮成本、性能以及與工業(yè)以太網(wǎng)之間的兼容性等因素，最終選用2.4G-WiFi作為環(huán)網(wǎng)接入器的無線制式。

2網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)接入器主要由2.4G-WiFi模塊、電源轉(zhuǎn)換及隔離電路、以太網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換電路、現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)電路、LED指示燈電路等組成，如圖1所示。

圖1　網(wǎng)絡(luò)接入器結(jié)構(gòu)

2.4G-WiFi模塊主要由CPU、RF射頻網(wǎng)卡、FLASH、SDRAM等組成。CPU為AR7242[7]，RF射頻網(wǎng)卡采用AR9280，可與AR7242主控芯片配合使用[8-9]。

以太網(wǎng)電口最大傳輸距離為100 m，只適合短距離數(shù)據(jù)傳輸。通過以太網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換電路將網(wǎng)絡(luò)接入器的百兆以太網(wǎng)電口轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)光口后，可實(shí)現(xiàn)10 km的長距離以太網(wǎng)傳輸。煤礦井下現(xiàn)場側(cè)設(shè)備的低速總線接口主要有RS485和CAN總線等[10-11]，為了提高產(chǎn)品兼容性，網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)有1路本安RS485接口和1路本安CAN總線接口。

結(jié)合2.4G-WiFi模塊硬件復(fù)位電路需求，選用了帶中斷輸出且可編程的I2C轉(zhuǎn)I/O接口芯片PCA9535PW。CPU以較低的資源開銷擴(kuò)展出了16個(gè)GPIO端口，分別用于電源工作狀態(tài)、通信端口連接情況及無線信號強(qiáng)度指示燈的連接。電源轉(zhuǎn)換及隔離模塊采用寬電源輸入設(shè)計(jì)，關(guān)聯(lián)的本安DC18 V電源輸入經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換及隔離電路轉(zhuǎn)換為2.4G-WiFi模塊、總線轉(zhuǎn)換電路、以太網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換電路等所需的DC5，3.3，1.8 V工作電壓。

3網(wǎng)絡(luò)接入器應(yīng)用

3.1打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)

鉆場無線攝像機(jī)的視頻信號經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至網(wǎng)絡(luò)接入器后，轉(zhuǎn)換成有線以太網(wǎng)信號，最終接入以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。由于前端視頻信號采用了無線傳輸方式，可根據(jù)井下打鉆點(diǎn)的不斷延伸，靈活調(diào)整無線攝像機(jī)和基站位置，解決了井下鉆場移動視頻傳輸?shù)膯栴}。井下打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　井下打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.2安全信息化管理系統(tǒng)

礦用巡檢記錄儀記錄到井下隱患、違章以及環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)后，在礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器的無線信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，可隨時(shí)隨地上傳至地面服務(wù)器，并同步其他區(qū)域的相關(guān)安全數(shù)據(jù)，防止安全巡檢工作中的脫崗、空班和漏檢現(xiàn)象，提高安全工作效率。安全信息化管理系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)的安全巡檢工作，提高了安全巡檢工作的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化水平，從而規(guī)范了安全檢查行為，杜絕了人為造成的安全隱患，提高了整個(gè)礦井的安全水平。

4結(jié)語

介紹了礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)及其在井下打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安全信息化管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器在井下部署后，通過對礦用本安型無線攝像機(jī)、礦用巡檢記錄儀等無線終端設(shè)備的數(shù)據(jù)接入，實(shí)現(xiàn)了視頻圖像、語音等的數(shù)據(jù)傳輸。

圖3　安全信息化管理系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1]王金華.礦井主傳輸?shù)默F(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工礦自動化,2015,41(1):33-35.

[2]樊榮,宋文,黃強(qiáng).礦井無線通信系統(tǒng)研究與發(fā)展[J].

西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(4):471-474.

[3]徐煒,包建軍.礦用TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)及移動信息發(fā)布平臺解決方案[J].工礦自動化,2011,37(11):7-9.

[4]張文亮,程紹瀾.wifi網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用分析[J].信息通信,2013(2):205-206.

[5]張登山,王峰.煤礦無線通訊技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J].山西煤炭,2013,33(1):50-52.

[6]曾永華.wifi通訊技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用分析[J].電子科技,2014(24):272.

[7]劉志高,丁青青.基于802.11n的多功能無線傳輸平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工礦自動化,2014,40(4):110-114.

[8]史明偉.基于IEEE 802.11硬件平臺的TDMA多址協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安:西安電子科技大學(xué),2013.

[9]陸洋.WLAN中TCP性能優(yōu)化研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2014.

[10]王加加,楊釧釧,賈偉崗.基于CAN與485總線的煤礦通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2014,27(3):55-58.

[11]邱朋.基于CAN總線的煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2007.

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160126.1550.018.html

Design and application of mine-used intrinsically-safe network access device

XU Jie1,2

(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China;

2.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China)

Abstract:In view of problems of low flexibility and mobility existed in industrial Ethernet in underground difficult cable laying or welding occasions, as well as mobile data transmission, a mine-used intrinsically-safe network access device based on 2.4G-WiFi was designed. Wired Ethernet data was transmited by 2.4G-wireless transmission. The practical application results validate the access device is stable and reliable.

Key words:network access device; industrial Ethernet; wireless transmission

作者簡介：何群(1989-)，男，遼寧沈陽人，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧接布珽-mail：514347673@qq.com。

收稿日期：2015-11-26；修回日期：2015-12-21；責(zé)任編輯：胡嫻。

中圖分類號：TD655.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-01-26 15:50

文章編號：1671-251X(2016)02-0071-03

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.02.018

徐杰.礦用本安型網(wǎng)絡(luò)接入器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工礦自動化，2016,42(2)：71-73.