摘  要：簡(jiǎn)單介紹目前我國(guó)煤礦企業(yè)井下自動(dòng)化現(xiàn)狀、“信息孤島”現(xiàn)狀、線路重復(fù)建設(shè)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比分析了煤礦在建設(shè)井下寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的三種實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)安徽界溝礦業(yè)有限公司建設(shè)適用的井下寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了可行性分析。

　　關(guān)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(hào)： F407.21   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A   文章編號(hào)： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　1 煤礦信息化概述：

　　能源工業(yè)是我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(guó)計(jì)民生。煤炭不僅是我國(guó)的基本燃料，而且是重要的工業(yè)原料。

　　隨著國(guó)家煤炭行業(yè)體制改革的不斷深化、現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭管理信息化將為煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供良好的條件；煤炭行業(yè)的信息化建設(shè)成為煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　我國(guó)煤礦信息化的現(xiàn)狀上世紀(jì)，我國(guó)煤炭企業(yè)采用的多是粗放式的經(jīng)營(yíng)，科學(xué)管理基礎(chǔ)條件差，信息化意識(shí)落后，信息化建設(shè)方面人才匱乏，這都在一定程度上限制企業(yè)管理信息化的開(kāi)展。但進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，煤炭企業(yè)對(duì)信息化建設(shè)的投入在逐步增加，信息化意識(shí)也逐漸增強(qiáng)，企業(yè)管理水平也逐步提高。信息化程度是伴隨著企業(yè)生產(chǎn)的需求而逐步提高的。但目前我國(guó)煤炭行業(yè)信息化整體水平不高，煤礦安全事故不斷發(fā)生，其中的一個(gè)重要原因是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)信息手段落后，礦井安全監(jiān)測(cè)、監(jiān)控體系不健全。前幾年我國(guó)煤礦的建設(shè)重點(diǎn)是煤礦數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員考勤定位遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)及煤礦安全生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)零散子系統(tǒng)；而近幾年則以煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為主體的系統(tǒng)集成工程，主要涉及工業(yè)以太網(wǎng)搭建的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)，以工業(yè)組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化信息集成平臺(tái)，將各分散的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)集中一個(gè)平臺(tái)管理，初步實(shí)現(xiàn)安全、生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

　　隨著我國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展及安全形勢(shì)的要求，利益信息技術(shù)建設(shè)、改造傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)，已受到我國(guó)政府的高度重視，信息化、數(shù)字化礦井的建設(shè)，國(guó)務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)的通知》、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦監(jiān)察局《關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”》明確了“監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、通訊聯(lián)絡(luò)、緊急避險(xiǎn)、壓風(fēng)自救、供水施救”六大安全避險(xiǎn)系統(tǒng)，迫切要求煤礦企業(yè)高產(chǎn)高效，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控、礦井安全環(huán)境監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程信息化綜合利用等方面的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化提出了更高的要求。由此看來(lái)，煤礦企業(yè)必須依靠先進(jìn)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(dòng)化技術(shù)，建立健全礦井監(jiān)測(cè)、控制、管理一體化、基于網(wǎng)絡(luò)的大型開(kāi)放式分布控制系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)運(yùn)行方式，形成礦井生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程控制自動(dòng)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(dá)到低成本、高效率的目標(biāo)，提高煤礦企業(yè)整體安全生產(chǎn)水平。

　　界溝煤礦雖然各個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了安全生產(chǎn)的要求，但是從效率上，各個(gè)系統(tǒng)基本以封閉狀態(tài)運(yùn)行，形成了多個(gè)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(dòng)化效率很低、沒(méi)有實(shí)現(xiàn)高效率的辦公自動(dòng)化。各個(gè)系統(tǒng)各自為政，相互兼容性成為信息化礦井的瓶頸問(wèn)題。隨著安全形勢(shì)及礦井發(fā)展的需要，界溝煤礦增加的子系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越多，各子系統(tǒng)在井下巷道中重復(fù)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(hù)工作量，影響了安全標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，也既不利于礦井安全生產(chǎn)的需要。解決這些問(wèn)題，需要在煤礦建設(shè)統(tǒng)一的井下多信息寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。

　　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(jī)等三種技術(shù)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(fù)布線，克服了主干通訊電纜、信號(hào)電纜、廣播電纜、控制電纜受到大巷內(nèi)大型機(jī)電設(shè)備、高壓動(dòng)力電纜和復(fù)雜環(huán)境巷道數(shù)據(jù)傳輸干擾，避免了各設(shè)備安全監(jiān)控子系統(tǒng)公共干路由于重復(fù)建設(shè)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(luò)環(huán)，各子系統(tǒng)利用先進(jìn)的IP地址進(jìn)行高效管理各個(gè)子系統(tǒng)單元，建立基于工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)信號(hào)寬帶數(shù)據(jù)傳輸，目標(biāo)是將井下的全部實(shí)時(shí)瓦斯監(jiān)測(cè)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)測(cè)、人員監(jiān)測(cè)、視頻圖像系統(tǒng)、電話音頻系統(tǒng)，統(tǒng)一通過(guò)“視頻網(wǎng)、音頻網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)”三網(wǎng)合一模式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠的傳輸。

　　2 應(yīng)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(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)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(wù)于安全生產(chǎn)的各個(gè)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。KJ70N安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)控和預(yù)警瓦斯、火、沖擊地壓等特大事故監(jiān)測(cè)和預(yù)警，也是防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出預(yù)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(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域、事故應(yīng)急救援、領(lǐng)導(dǎo)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(xiǎn)和應(yīng)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(shí)了解井下實(shí)時(shí)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(yù)警提供了保障。規(guī)劃建設(shè)中的礦井通訊廣播系統(tǒng)和井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)，為安全預(yù)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(shí)間、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、組網(wǎng)及保護(hù)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(luò)具備諸多性能和優(yōu)點(diǎn)：

　　a) GEPON網(wǎng)絡(luò)采用一根光纖實(shí)現(xiàn)了多路工業(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)、調(diào)度通訊信號(hào)的同時(shí)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(tái)網(wǎng)絡(luò)終端ONT動(dòng)態(tài)分配的流量可以保證各個(gè)子單元數(shù)據(jù)信息交換的時(shí)效性及傳輸質(zhì)量；

　　c) GEPON網(wǎng)絡(luò)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(tái)ONT設(shè)備，每臺(tái)ONT設(shè)備有多個(gè)100M以太網(wǎng)口接入；

　　e) GEPON采用無(wú)光源分支技術(shù)，單一ONT故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，防暴性能優(yōu)，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定；

　　f) 1 000 M無(wú)源網(wǎng)絡(luò)以樹(shù)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與煤礦巷道的樹(shù)狀分布匹配適應(yīng)。

　　3 MCTP、GEPON、工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)比情況

　　3.1 MCTP(綜合傳輸系統(tǒng)平臺(tái))網(wǎng)絡(luò)

　　MCTP為光纖多通道傳輸平臺(tái)，采用成熟的光纖傳輸技術(shù)，結(jié)合優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，為煤炭提供綜合信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻靈活接入，便于礦山井下安全監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)自動(dòng)化、調(diào)度電話和工業(yè)電視通過(guò)一對(duì)光纖實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸。

　　3.2 工業(yè)一臺(tái)網(wǎng)

　　工業(yè)一臺(tái)網(wǎng)是應(yīng)用工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)），產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用，產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性、實(shí)時(shí)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(chǎng)的需要。具有應(yīng)用廣泛、通訊速率高（1000M）、成本低廉、資源共享能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，工業(yè)以太網(wǎng)提供了開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，是企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制到管理層實(shí)現(xiàn)全面無(wú)縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導(dǎo)致的“信息孤島”情況。

　　3.3 GEPON網(wǎng)絡(luò)

　　GEPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、中間采用無(wú)源光分路器和暗光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺(tái)和TDMA時(shí)分媒體訪問(wèn)控制方式、提供多種業(yè)務(wù)綜合寬帶接入技術(shù)。一般由OLT（光線路終端）、ONT（光網(wǎng)絡(luò)單元）和無(wú)源光纖分配器等組成。

　　GEPON是地面廣泛應(yīng)用的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)。礦用GEPON系統(tǒng)解決了線路冗余、OLT主機(jī)設(shè)備冗余和ONU本安化等煤礦應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

　　a) 采用以太網(wǎng)傳輸協(xié)議，具有以太網(wǎng)應(yīng)用的所有優(yōu)點(diǎn)。TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)單實(shí)用，接口豐富，已為廣大用戶所接受,應(yīng)用方便；PON技術(shù)通信時(shí)不會(huì)有沖突發(fā)生，帶寬利用率高。GEPON把PON技術(shù)和以太網(wǎng)傳輸協(xié)議相結(jié)合，將PON技術(shù)和以太網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)集于一身，所有以太網(wǎng)設(shè)備都可通過(guò)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(yīng)用于GEPON系統(tǒng)；

　　b) 井下設(shè)備非常簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性較高。礦用GEPON系統(tǒng)中最復(fù)雜的設(shè)備是OLT和冗余控制器，這兩個(gè)設(shè)備數(shù)量少（一般只需各一臺(tái)），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(shè)備是分光器和ONT。分光器本身是一個(gè)無(wú)源設(shè)備，故障率極低，由于采用光無(wú)源分支技術(shù)，單一ONT故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，而且ONT的功能和組成相對(duì)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和MCTP節(jié)點(diǎn)也簡(jiǎn)單得多。這種系統(tǒng)功能分配和結(jié)構(gòu)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(yīng)用于煤礦環(huán)境的一大優(yōu)勢(shì)；

　　c) 井下接入點(diǎn)越多，平均成本越低。由于GEPON系統(tǒng)中量大面廣的設(shè)備都是相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)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(jì)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(cè)算，當(dāng)井下節(jié)點(diǎn)設(shè)備（ONT）的數(shù)量超過(guò)5時(shí)，成本低于千兆以太環(huán)網(wǎng)，當(dāng)ONT數(shù)量超過(guò)10時(shí)，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(luò)作為井下高速信息公路來(lái)看待，隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和礦井自動(dòng)化信息化建設(shè)的發(fā)展，井下接入點(diǎn)的數(shù)量肯定會(huì)不斷增加，所以礦用GEPON的綜合成本優(yōu)勢(shì)明顯。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　在煤礦綜合信息化建設(shè)的井下寬帶網(wǎng)絡(luò)綜合傳輸系統(tǒng)，還需要解決諸多問(wèn)題，其中重要一個(gè)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(shù)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wù)，創(chuàng)造出安全本質(zhì)礦井。