摘  要：簡單介紹目前我國煤礦企業(yè)井下自動化現(xiàn)狀、“信息孤島”現(xiàn)狀、線路重復建設問題。通過對比分析了煤礦在建設井下寬帶網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)的三種實現(xiàn)方式，對安徽界溝礦業(yè)有限公司建設適用的井下寬帶網(wǎng)絡進行了可行性分析。

　　關鍵字：煤礦信息化；MCTP；工業(yè)以太網(wǎng)；GEPON

　　Application of Broadband GEPON in Coal Mine Safety Production

　　HU Chun-hua

　　(Anhui Community Ditch Mining Limited Schedule, Huaibei 235100, Anhui, China))

　　Abstract: This paper introduced the present coal company mine automation status," information isolated island" status and line repeat construction question in our country. Through the contrast analysis of the three ways of construct the broadband network transmission system in the underground of coal mine, the Anhui Jiegou Mining Limited construction applicable down-hole broadband network carried out a feasibility analysis.

　　Key words: coal mine informatization; MCTP; industrial Ethernet; GEPON

　　中圖分類號： F407.21   文獻標識碼： A   文章編號： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　1 煤礦信息化概述：

　　能源工業(yè)是我們國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈，工業(yè)的糧食，其行業(yè)的重要性和不可替代性也日益凸現(xiàn)。煤炭工業(yè)的發(fā)展的快慢，直接影響到國計民生。煤炭不僅是我國的基本燃料，而且是重要的工業(yè)原料。

　　隨著我國煤炭事業(yè)的發(fā)展及安全形勢的要求，利益信息技術建設、改造傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)，已受到我國政府的高度重視，信息化、數(shù)字化礦井的建設，國務院《關于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)的通知》、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國家煤礦監(jiān)察局《關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”》明確了“監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通訊聯(lián)絡、緊急避險、壓風自救、供水施救”六大安全避險系統(tǒng)，迫切要求煤礦企業(yè)高產(chǎn)高效，對生產(chǎn)過程監(jiān)測監(jiān)控、礦井安全環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)過程信息化綜合利用等方面的網(wǎng)絡化、自動化、智能化提出了更高的要求。由此看來，煤礦企業(yè)必須依靠先進的企業(yè)文化和企業(yè)管理理念，采用多種現(xiàn)代化信息與自動化技術，建立健全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化、基于網(wǎng)絡的大型開放式分布控制系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)運行方式，形成礦井生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的過程控制自動化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮，保障煤礦安全高效集中生產(chǎn)，達到低成本、高效率的目標，提高煤礦企業(yè)整體安全生產(chǎn)水平。

　　界溝煤礦雖然各個系統(tǒng)達到了安全生產(chǎn)的要求，但是從效率上，各個系統(tǒng)基本以封閉狀態(tài)運行，形成了多個系統(tǒng)信息孤島，雖然有了局域網(wǎng)，辦公條件得到了改善，但是自動化效率很低、沒有實現(xiàn)高效率的辦公自動化。各個系統(tǒng)各自為政，相互兼容性成為信息化礦井的瓶頸問題。隨著安全形勢及礦井發(fā)展的需要，界溝煤礦增加的子系統(tǒng)會越來越多，各子系統(tǒng)在井下巷道中重復布置線纜情況日益突出，不僅增加了資金的投入、加大了系統(tǒng)的維護工作量，影響了安全標準化的進程，也既不利于礦井安全生產(chǎn)的需要。解決這些問題，需要在煤礦建設統(tǒng)一的井下多信息寬帶網(wǎng)絡傳輸平臺。

　　目前在煤礦企業(yè)成熟利用的光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)主要有GPON、MCTP及工業(yè)以太網(wǎng)交換機等三種技術方式。井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)改變了傳統(tǒng)分散式為集中式，各系統(tǒng)不需要在大巷內(nèi)重復布線，克服了主干通訊電纜、信號電纜、廣播電纜、控制電纜受到大巷內(nèi)大型機電設備、高壓動力電纜和復雜環(huán)境巷道數(shù)據(jù)傳輸干擾，避免了各設備安全監(jiān)控子系統(tǒng)公共干路由于重復建設且容易形成的“信息孤島”。在中央采區(qū)變電所、東翼采區(qū)變電所、7182采區(qū)變電所、-354變電所用光纖傳輸介質(zhì)形成工業(yè)控制網(wǎng)絡環(huán)，各子系統(tǒng)利用先進的IP地址進行高效管理各個子系統(tǒng)單元，建立基于工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)信號寬帶數(shù)據(jù)傳輸，目標是將井下的全部實時瓦斯監(jiān)測、動力監(jiān)測、設備監(jiān)測、人員監(jiān)測、視頻圖像系統(tǒng)、電話音頻系統(tǒng)，統(tǒng)一通過“視頻網(wǎng)、音頻網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)”三網(wǎng)合一模式網(wǎng)絡進行可靠的傳輸。

　　2 MCTP、GEPON、工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)對比情況

　　2.1 MCTP(綜合傳輸系統(tǒng)平臺)網(wǎng)絡

　　MCTP為光纖多通道傳輸平臺，采用成熟的光纖傳輸技術，結合優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術，為煤炭提供綜合信息平臺，實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、視頻靈活接入，便于礦山井下安全監(jiān)測、生產(chǎn)自動化、調(diào)度電話和工業(yè)電視通過一對光纖實現(xiàn)寬帶傳輸。

　　2.2 工業(yè)一臺網(wǎng)

　　工業(yè)一臺網(wǎng)是應用工業(yè)控制領域的以太網(wǎng)技術，在技術上與商用以太網(wǎng)兼容（IEEE802.3標準），產(chǎn)品設計時，在材質(zhì)的選用，產(chǎn)品的強度、適用性、實時性、可操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面滿足井下現(xiàn)場的需要。具有應用廣泛、通訊速率高（1000M）、成本低廉、資源共享能力強等優(yōu)勢，工業(yè)以太網(wǎng)提供了開放的標準，是企業(yè)從現(xiàn)場控制到管理層實現(xiàn)全面無縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導致的“信息孤島”情況。

　　2.3 GEPON網(wǎng)絡

　　GEPON是一種采用點到多點的網(wǎng)絡結構、中間采用無源光分路器和暗光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺和TDMA時分媒體訪問控制方式、提供多種業(yè)務綜合寬帶接入技術。一般由OLT（光線路終端）、ONT（光網(wǎng)絡單元）和無源光纖分配器等組成。

　　GEPON是地面廣泛應用的寬帶接入網(wǎng)技術。礦用GEPON系統(tǒng)解決了線路冗余、OLT主機設備冗余和ONU本安化等煤礦應用的關鍵技術問題，具有以下技術特點：

　　a) 采用以太網(wǎng)傳輸協(xié)議，具有以太網(wǎng)應用的所有優(yōu)點。TCP/IP協(xié)議簡單實用，接口豐富，已為廣大用戶所接受,應用方便；PON技術通信時不會有沖突發(fā)生，帶寬利用率高。GEPON把PON技術和以太網(wǎng)傳輸協(xié)議相結合，將PON技術和以太網(wǎng)應用的優(yōu)點集于一身，所有以太網(wǎng)設備都可通過以太網(wǎng)口接入GEPON系統(tǒng)，所有基于TCP/IP協(xié)議的軟件都可應用于GEPON系統(tǒng)；

　　b) 井下設備非常簡單，系統(tǒng)可靠性較高。礦用GEPON系統(tǒng)中最復雜的設備是OLT和冗余控制器，這兩個設備數(shù)量少（一般只需各一臺），且放置在環(huán)境條件好的地面。系統(tǒng)中量大面廣布置在井下惡劣環(huán)境中的設備是分光器和ONT。分光器本身是一個無源設備，故障率極低，由于采用光無源分支技術，單一ONT故障不影響整個系統(tǒng)的運行，而且ONT的功能和組成相對環(huán)網(wǎng)交換機和MCTP節(jié)點也簡單得多。這種系統(tǒng)功能分配和結構組成布置方式使系統(tǒng)具有較高的可靠性，這是GEPON系統(tǒng)應用于煤礦環(huán)境的一大優(yōu)勢；

　　c) 井下接入點越多，平均成本越低。由于GEPON系統(tǒng)中量大面廣的設備都是相對簡單的設備，所以系統(tǒng)規(guī)模越大，平均成本越低。按系統(tǒng)接滿全部容量計算，礦用GEPON系統(tǒng)的每兆帶寬成本是最低的。按系統(tǒng)接入部分容量測算，當井下節(jié)點設備（ONT）的數(shù)量超過5時，成本低于千兆以太環(huán)網(wǎng)，當ONT數(shù)量超過10時，成本低于百兆以太環(huán)網(wǎng)。由于我們把井下高速光纖網(wǎng)絡作為井下高速信息公路來看待，隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴大和礦井自動化信息化建設的發(fā)展，井下接入點的數(shù)量肯定會不斷增加，所以礦用GEPON的綜合成本優(yōu)勢明顯。

　　3 應用可行性分析

　　安徽界溝礦業(yè)有限公司界溝煤礦在中央10采區(qū)1010工作面、東翼采區(qū)7222工作面已實現(xiàn)了綜合機械化采煤工藝，使得煤炭資源的回收率大幅提高，在井下作業(yè)的采掘工作面基本使用了服務于安全生產(chǎn)的各個信息監(jiān)測系統(tǒng)。KJ70N安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)用來監(jiān)控和預警瓦斯、火、沖擊地壓等特大事故監(jiān)測和預警，也是防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出預警的重要參數(shù)。KJ128A人員定位系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、防止人員進入危險區(qū)域、事故應急救援、領導下井帶班管理、特種作業(yè)人員管理發(fā)揮重要作用。KJT7礦井通訊系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度、安全避險和應急救援的重要工具。KJ32A工業(yè)電視系統(tǒng)作為生產(chǎn)調(diào)度的“眼睛”及時了解井下實時生產(chǎn)情況。KJ30瓦斯抽放系統(tǒng)為防止瓦斯抽排治理提供了依據(jù)，為煤和瓦斯突出預警提供了保障。規(guī)劃建設中的礦井通訊廣播系統(tǒng)和井下緊急避險系統(tǒng)，為安全預警、緊急救援和礦工生命安全提供了更加有力的保證。

　　綜合三種組網(wǎng)比較，從組網(wǎng)方式，主干傳輸方式、冗余切換時間、網(wǎng)絡構架、組網(wǎng)及保護方式、與企業(yè)網(wǎng)兼容性等方面綜合考慮，界溝煤礦使用GEPON網(wǎng)絡具備諸多性能和優(yōu)點：

　　a) GEPON網(wǎng)絡采用一根光纖實現(xiàn)了多路工業(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、調(diào)度通訊信號的同時傳輸，節(jié)約了大量的資金投入；

　　b) GEPON采用下行廣播、上行TDM通訊方式，每臺網(wǎng)絡終端ONT動態(tài)分配的流量可以保證各個子單元數(shù)據(jù)信息交換的時效性及傳輸質(zhì)量；

　　c) GEPON網(wǎng)絡具有雙總線、環(huán)線兩種冗余方式，保證了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)組網(wǎng)的靈活性；

　　d) OLT的1000M以太網(wǎng)接口，可以連接多臺ONT設備，每臺ONT設備有多個100M以太網(wǎng)口接入；

　　e) GEPON采用無光源分支技術，單一ONT故障不影響整個系統(tǒng)的運行，防暴性能優(yōu)，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定；

　　f) 1 000 M無源網(wǎng)絡以樹狀的網(wǎng)絡結構與煤礦巷道的樹狀分布匹配適應。

　　4 結語

　　在煤礦綜合信息化建設的井下寬帶網(wǎng)絡綜合傳輸系統(tǒng)，還需要解決諸多問題，其中重要一個的是同一規(guī)范，統(tǒng)一各接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，在逐步完善共享數(shù)據(jù)傳輸通道的技術上，進一步實現(xiàn)對各接入系統(tǒng)、信息子單元的數(shù)據(jù)共享、集中控制，才能更好為煤礦安全生產(chǎn)服務，創(chuàng)造出安全本質(zhì)礦井。

　　（責任編輯：季 鑫）

　　作者簡介：胡春華，1977年生，男，安徽宿人，2000年畢業(yè)于原煤炭部直屬淮北煤炭師范學院(現(xiàn)升為淮北師范大學)計算機專業(yè)，工程師。

　　收稿日期：2012-06-21