隨著科學技術的發(fā)展、能源需求的增長，煤礦井下各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)越來越多，數(shù)據(jù)量急劇增加。為了適應這種狀況，礦井監(jiān)測通信系統(tǒng)已經(jīng)從原來的模擬傳輸發(fā)展到數(shù)字傳輸，并提出了對“三網(wǎng)合一”即數(shù)據(jù)、視頻和語音信號通過一個通道傳輸)的實際要求，礦井綜合自動化傳輸網(wǎng)絡應運而生。
礦用GEPON(千兆無源光纖以太網(wǎng))專門針對應用環(huán)境惡劣的煤礦井下開發(fā)，成本低，寬帶且?guī)捒蓜討B(tài)分配，系統(tǒng)穩(wěn)定，易于安裝維護，故障率低，組網(wǎng)靈活，易于擴展，適合于綜合傳輸視頻、數(shù)據(jù)、語音等信息，可作為全礦井綜合自動化系統(tǒng)的高速主干傳輸平臺。本文主要介紹礦用千兆無源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應用設計。
方案選擇
系統(tǒng)技術選擇
目前，礦用綜合自動化信息傳輸技術主要有3種：工業(yè)以太網(wǎng)、GEPON和基于SDH技術的傳輸。GEPON是PON技術中最新實用的一種，不但集成了無源光網(wǎng)絡的低成本優(yōu)勢，而且與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中占據(jù)絕對主導地位的以太網(wǎng)技術無縫融合。其具備以下優(yōu)勢：組網(wǎng)靈活，環(huán)形、樹形、星形都可以。與以太網(wǎng)技術無縫融合;采用光無源技術組網(wǎng);采用本質安全型接入設備;具備多種冗余功能;帶寬利用率極高;成本低，方便維護、擴展。
因此，平煤十二礦在上述3種技術中選擇了GEPON作為礦井信息傳輸?shù)钠脚_。
系統(tǒng)構架選擇
礦用GEPON網(wǎng)絡構架主要有樹狀和環(huán)狀2種冗余方式。樹狀冗余的特點是分支靈活、傳輸距離遠、光口所接光網(wǎng)絡終端數(shù)多，但其光纜布線施工復雜，備用光纖故障監(jiān)測較難實現(xiàn)。環(huán)狀冗余的特點是光纜布線施工簡單、備用光纖故障監(jiān)測容易、故障冗余切換時間短，但其每個光口所接光網(wǎng)絡終端數(shù)一般不超過10個。但當設置點數(shù)較多時，可設置多個環(huán)。分支和傳輸距離問題可通過合理設置光網(wǎng)絡終端和設計光功率分配加以解決。因此，平煤十二礦綜合監(jiān)控網(wǎng)絡傳輸采用環(huán)狀冗余型礦用GEPON系統(tǒng)。
系統(tǒng)設計
平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)結構如圖1所示，主要由地面光線路終端(OLT)、分光器(KL5001A)及光網(wǎng)絡終端(ONT)等組成。
針對平煤十二礦實際情況，該設計的GEPON系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)結構，一路工作，一路檢測備用。地面機房設置一臺光線路終端、一臺冗余控制器、計算機、交換機等，完成線路狀態(tài)檢測、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阻燃單模光纜，在井下形成光纖環(huán)。井下共設置8個接入點，每個接入點均設置一臺無源分光器(KL5001A)，組成系統(tǒng)的主干傳輸光纖通道。每個分光器上接入對應的ONT，把井下各種監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)、視頻圖像、IP語音等匯入，通過無源主干網(wǎng)絡，集中、高速地送到地面監(jiān)控主機。在2號和8號ONT上，接入礦用安全監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員監(jiān)測系統(tǒng)、電力監(jiān)測系統(tǒng)等。
系統(tǒng)功能特點及主要參數(shù)
系統(tǒng)功能
●一根光纖中同時傳輸多路工業(yè)電視信號、安全監(jiān)測系統(tǒng)信號、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號、IP調變通信信號等。
●具有豐富的軟件接口(OPC，DDE，OD-BEC，F(xiàn)I’P)，其無縫整合各子系統(tǒng)，實現(xiàn)全礦的管控一體化。
●具有完整的網(wǎng)絡管理功能，可以實現(xiàn)OLT和ONT的實時通信狀態(tài)的管理及故障報警功能。
●可以對每個ONT及OLT進行各種參數(shù)的設置及狀態(tài)報告，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)的雙總線及環(huán)毛結構冗余的自動及手動保護功能。
●具有端口帶寬分配功能。
●可在任何一臺工作站上實現(xiàn)對井上、井下設備的控制。
●具有強大的圖形組態(tài)功能，可組屏分屏顯示各子系統(tǒng)的實時動態(tài)圖形。
●具有數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、歷史曲線顯示、報打印、逐級報警、數(shù)據(jù)系統(tǒng)分級管理、報警故障：錄、完整的事件記錄等功能。
●每臺OLT提供4個千兆以太網(wǎng)光口，支4個環(huán)網(wǎng)，每個環(huán)網(wǎng)使用2芯光纖，所接光網(wǎng)絡端數(shù)不少于10臺。
系統(tǒng)特點
●主干光網(wǎng)絡采用下行廣播、上行TDM適應方式，每臺ONT動態(tài)分配一定的時隙(最多保一100MB/s帶寬)，能綜合傳輸多路工業(yè)電視監(jiān)控畫面、安全監(jiān)測系統(tǒng)信號、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號、IP調通信信號等，并保證信息交換的實時性及傳輸質(QoS)。
●系統(tǒng)帶寬利用率高，可達70%，因而可流暢地傳輸大容量的視頻信號。
●系統(tǒng)具有主機和線路冗余功能，可實現(xiàn)OLT端口的狀態(tài)、備用光纖的通斷狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)自動或手動的冗余切換，因而可靠穩(wěn)定。
●井下光網(wǎng)絡終端采用本安型設備，即插用，體積小，方便安裝。
●系統(tǒng)具有RJ45/RS一485接口，可方便接入各個子系統(tǒng)的信號。
●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)采用千兆無源光纖分支技術，單一ONT故障不影響整個系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)防爆性能好，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定。
系統(tǒng)主要參數(shù)
●主干網(wǎng)絡通信速率：1Gbps。
●主干網(wǎng)絡傳輸距離：不小于10km。
●網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)：不少于40個。
●網(wǎng)絡節(jié)點通信速率：10～100Mbit/s可調。
●系統(tǒng)冗余切換時間：小于100ms。
主要設備簡介
光線路終端(OLT)
光線路終端(OLT)是GEPON系統(tǒng)的中心設備，它向核心以太網(wǎng)提供4個千兆以太網(wǎng)端口，向ONT設備提供4個千兆以太網(wǎng)光纖端口，具有二層/三層交換和光纖端口冗余功能。
設備接口：①LAN端口：1個，RJ4510/lOOBase-T;②上行接口：4個GE接口;③PON接口：4個千兆接口。
礦用光網(wǎng)絡終端(ONT)
礦用光網(wǎng)絡終端(ONT)是GEPON系統(tǒng)的現(xiàn)場設備側設備，通過千兆無源光纖網(wǎng)絡終結從光線路終端傳送來的以太網(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、礦用IP調度通信系統(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自適應端口，本安RS一485端口
●光纖端口：連接口類型為sc，單根光纖，上行工作波長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
冗余控制器可以實現(xiàn)OLT的端口設備冗余、線路冗余，可以實時監(jiān)測主要設備OLT工作端口和備用設備OLT端口的狀態(tài)，監(jiān)測備用光纖的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)自動或手動的冗余切換等。
控制器功能：
●實時監(jiān)測OLT光端口和環(huán)網(wǎng)光纖的狀態(tài)。
●OLT設備端口故障或光纖中斷時可自動或手動切換。
●雙環(huán)光纖都中斷時可自動形成雙樹結構。
●控制器在斷電時可保持原有狀態(tài)，網(wǎng)絡通信不中斷。
●控制器切換時間小于10ms(網(wǎng)絡自愈時間與系統(tǒng)有關)。
●探測器檢測靈敏度小于一30dBm。
●OLT光端口異常、硬件故障時報警。
●控制器具有自動、手動控制模式。
結束語
平煤十二礦GRPON系統(tǒng)的建設，為下一步礦井其他子系統(tǒng)的建設接入提供了一個高速、安全、穩(wěn)定的平臺，為平煤集團公司的其他礦井積累了豐富的經(jīng)驗。該系統(tǒng)的實施，把平煤十二礦原來單獨的子系統(tǒng)有效地結合起來，達到了集中管理、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)聯(lián)動的效果，提高了礦井的生產(chǎn)效率。將視頻圖象、監(jiān)控數(shù)據(jù)等共線集中上傳，方便維護管理，分散了原有各系統(tǒng)的故障點，使系統(tǒng)更加可靠。GEPON系統(tǒng)獨有的冗余方式，使光纖環(huán)路上的任意故障點對系統(tǒng)不構成影響。本安型的接入設備，使得光網(wǎng)絡終端可以放入高瓦斯區(qū)域或采煤工作面、掘進工作面等。
平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)、圖像傳輸流暢，環(huán)路安全可靠，局部設備的斷電、故障不影響系統(tǒng)主干網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸。