矿井主传输的现状及发展趋势.pdf

第 4 1卷 第 l期 2 O1 5年 1月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Aut o ma t i on V0 1 ． 4 1 NO ．1 J a n ． 2 0 l 5 ’ ’。 ’ ’ i分析研究 ⋯ ◆l ．Ⅲ．1◆J ◆ 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 1 0 0 3 3 0 3 王金华． 矿井主传输 的现状及发展趋势[ J ] ． DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 9 工矿 自动 化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 3 3 3 5 ． 矿井主传输的现状及发展趋势 王金 华 中国煤 炭科 工集 团有 限公 司 ， 北京 1 0 0 7 1 3 摘 要 分析 了 目前 矿 井主 传输 主 流技 术 的应 用 需求 及特 点 ； 指 出 了矿 井主传 输 技 术 的 多元 化发 展 方 向 ， 并列举 了当前矿井主传输的主流技术和发展趋势； 对比分析 了矿井主传输领域 中综合传输与专网专用传输 在煤 矿 应 用 中各 自的优 劣势 ， 指 出了今 后 的煤矿 传 输领 域 宜采 用综合 传输 与 专 网传 输相 结合 的 方式 。 关 键词 矿 井主 传输 ；工业 以 太 网；综合 传输 ；专 网传输 ；S DH； GE P ON 中图分类 号 T D6 5 5 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 0 卜 O 5 l 6 3 0 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 O 1 5 O 1 O 5 ． 1 6 3 0 ． 0 0 9 ． h t ml St a t u s a n d d e v e l o p m e nt t r e nd s o f mi n e m a i n t r a n s m i s s i o n W ANG J i n h u a Ch i n a Co a l Te c h n o l o g y a n d En g i n e e r i n g Gr o u p Co r p o r a t i o n，Be i j i n g 1 0 0 7 1 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The pa pe r a na l y z e d a pp l i c a t i on r e q ui r e m e nt s a n d t e c hni c a l f e a t u r e s o f mi n e ma i n t r a ns m i s s i on，po i nt e d ou t d i v e r s i f i e d d e v e l o pme n t d i r e c t i o ns o f t h e m i n e ma i n t r a ns mi s s i o n t e c hno l o gy， a nd pu t f o r wa r d t he m a i ns t r e a m a p pl i c a t i on o f mi ne m a i n t r a n s mi s s i o n a nd i t s de ve l o p m e nt t r e nd．I t a l s o c o m p a r a t i ve l y a na l y z e d a d v a nt a ge s a nd di s a d va n t a g e s o f i n t e gr a t e d t r a ns mi s s i o n a n d pr i v a t e ne t wor k t r a ns m i s s i o n i n a pp l i c a t i o n f or c oa l mi ne i n t he f i e l d of mi ne m a i n t r a ns mi s s i o n， a nd i n di c a t e d t ha t c o m bi na t i on mod e of i nt e g r a t e d t r a ns m i s s i o n a nd p r i va t e n e t wo r k t r a n s m i s s i o n s h oul d be a d op t e d i n m i ne t r a n s mi s s i o n． Ke y wo r d s m i ne ma i n t r a n s mi s s i o n；i nd us t r i a l Et he r n e t ； i n t e gr a t e d t r a ns m i s s i on； p r i v a t e n e t wo r k t r a n s mi s s i o n；S DH ；GEPON 0 引 言 煤 炭工 业安 全 健康 可持 续发 展离 不 开煤矿 自动 化 与信 息化 ， 自动化 与信 息 化 在 煤 矿 安 全 生 产 中发 挥 着重 要作 用 ， 是煤 矿 安全 生 产 的重 要 保 障 j 。矿 井主传输网络是井下信息的高速公路 ， 建设高速 、 安 全 、 可靠的主传输网络是矿井建立 自动化系统平 台 的重要条件 ， 也是矿井实现 自动化 与信息化 的基础 条 件 。 1矿 井主传 输技 术 基本 要求 1 ． 1 矿 井 主 传 输 的 应 用 需 求 随着煤 矿开 采规 模 的扩大 以及 对煤 矿安 全生 产 要 求 的不断 提高 ， 煤 矿 井 下 人 、 机 、 环监 控 的各 类 子 系统也 在不 断增 加 和逐 步完善 ， 因此 ， 传 输 系统 中井 下接入业务也越来越多 ， 对矿井主传输的需求呈现 出多样 性发 展 趋势 。煤 矿井 下环 境监控 、 人 员定 位 、 无线通信 、 水泵监控、 胶带控制、 避险救灾等各 系统 的信息均需通过矿井主传输 网络传输 ； 矿井 主传输 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 1 9 ； 修回 日期 2 0 1 4 0 9 2 O ； 责任编辑 张强 。 作者简 介 王金 华 1 9 5 7 一 ， 男 ， 河北衡 水人 ， 研究 员 ， 博士 ， 现主要从 事煤炭技术研究 工作 。 3 4 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1卷 设备 也需 提供 丰富 的接 口、 足 够 的带宽 、 稳定 的性 能 等 以满足 各类 系统 、 不 同设 备的接 入要 求 。 1 ． 2 矿 井 主传输技 术的特 点 1 接 口标 准 化 、 业 务 多 元 化 。矿 井 主 传 输 的 需 求决定 了其 多业 务性 ， 井 下各类 监测 监控 数据 如 温度、 湿度、 压力、 各类气体浓度 、 设备信息等 、 各种 语音数据 通话、 扩播 、 广播等 和各种视频图像数据 光纤信号视频、 电信号视频等 均需通过主传输 网 络传输 。同时 主传输 还需具 有 有线数 据及 无线 数据 的接入能力 、 模拟信号和数字信号的接入能力 ， 矿井 主传输设备需提供标准化接 口并配套对应的网关设 备 ， 以方便 不 同厂 家 、 不 同接 口类 型 的 监控 监 测 、 视 频 、 通 信 等 设 备 的 接 入 ， 实 现 各 种 设 备 的 互 联 互 通 。 2 可 靠 性 高 、 抗 故 障 能 力 强 。煤 矿 井 下 环 境 复杂 ， 主传输设备需具备 良好的防护性能、 抗干扰能 力 和 良好 的 电磁兼 容性 ， 保证 较低 的故 障率 ， 确 保井 下信息的高速可靠传输。而当井下某个系统、 某处 设备 或某 段传 输介 质 出现 故 障 时 ， 不得 影 响 其 他 区 域系统和设备的正常工作 ， 不至于造成整个传输 网 络 的瘫痪 。 3 传输带宽容量大 。矿井主传输必须能够满 足 井下 多种设 备 信息 的实 时 传 输 ， 所 以对 主传 输 的 带宽提出了较高要求 。目前大多煤矿主干网均使用 千 兆 网络 ， 但 随着 井下 接入业 务 的增 多 ， 千 兆 网络 已 渐 渐不 能满 足某 些 大 型 煤矿 的信 息 传 输 带宽 需 求 。 因此 ， 万兆 网络 已经 成 为 矿井 主传 输 的一 种发 展 趋 势 。 4 传输距离远。矿井主传输设备主要分布在 矿井 各重要 区域和 信 息 集 中 区域 ， 由 于 目前 的 大 型 矿井不仅开采覆盖 区域广 ， 而且各 矿井大多具有多 水平 。多工作面同时施工开采时 ， 主传输设备必须 要 有 远距 离 的信号 覆盖 和接人 能力 ， 传 输距 离要 远 。 2煤矿 主传 输技 术的 多元化 发展 随着 信 息 技术 的发 展 ， 煤 矿 主传 输 技术 也 呈 现 出 了 多 元 化 的 发 展 ， S DH S y n c h r o n o u s Di g i t a l Hi e r a r c h y ， 同 步 数 字 体 系 、GE P ON Gi g a b i t E t h e r n e t P a s s i v e Op t i c a l Ne t wo r k ， 千 兆 以 太 网 无 源 光 网络 、 工 业 以 太 网 等 技 术 已经 广 泛 应 用 于 煤 矿 ， 承担着矿井监测监控数据、 语音数据和视频 图像 数 据 的传输 任务 。 2 ． 1 S DH 技 术 S DH是一种数字信号传输协议 ， 它规范了数字 信 号 的帧格 式 、 复用方 式 、 传输 速率 等级 和接 口码 型 等 参数 ] 。S DH 网络一般 由复用 器 、 数 字交 叉 连 接 设 备等 组成 。 S DH 传 输 网络 具 有 统一 的数 字 传 输 标 准 速 率 和标 准光路 接 口， 能够 实 现多 厂家设 备 的互联 互通 ， 具 有很 好 的兼容 性 ； S DH 传 输 网具 有稳 定 可靠 的性 能和延 时低 、 组 网灵 活 、 网管功 能强 等特 性 。但其 缺 点是 带宽 不能平 滑 升级 ， 并 且设 备成 本 、 维护 成本 非 常高 。 兖矿集团建成的 S DH传输 网采用了二级环型 结构 ， 共包 含 有 4个 骨 干 传 输 节 点 和 1 5个 二 级 节 点 ， 其 中骨 干 环 带 宽 为 2 ． 5 Gb i t ／ s ， 二 级 环 带 宽 为 6 2 2 Mb i t ／ s 。其 S DH传输 网承担 的主要业务包括 行政通信系统 、 I P软交换系统 、 生产调度通信 系统 、 井下 无线 通信 系统 、 生产 监 测 监 控 系 统 和视 频 会 议 等 多 种 涉 及 集 团 煤 炭 安 全 生 产 运 行 的 重 要 业 务 信 息 引。 2 ． 2 GEP 0N 技 术 GE P ON 技术 是 一 种 采 用 点 到 多 点 网 络 结 构 、 无源光纤传输方式、 基于 高速 以太 网平 台和 TDM Ti me Di v i s i o n Mu l t i p l e x i n g时 分MAC Me d i a Ac c e s s C o n t r o 1 媒体访 问控制方式并能提供多种综 合业务 的宽带接 入技 术 ] 。 运 用 GE P 0N技 术 可实 现一根 光纤 对 多路 工业 电 视 信 号 、自 动 化 子 系 统 信 号 等 的 综 合 传 输 。 G E P O N 网络可采用双总线 、 环形 2种冗余方式 ， 并 且单 一 ONT O p t i c a l Ne t wo r k Te r mi n a l ， 光 网 络终 端 的故障不影响整个传输网络的正常运行 ， 既保证 了传 输 网络 的高 可靠 性 ， 又增 加 了系 统 组 网 的灵 活 性 。GE P 0N 网络具 有 完备 的 网管 功 能 ， 可 对 O L T O p t i c a l L i n e Te r mi n a l ， 光 线路 终端 、 ONT 的实 时 通信状态进行监管并具有故障报警功能， 还可对每 台 ONT 及 OL T 进 行 各种 参 数 的 配 置 及 实 时 状 态 报 告 。 平 煤十 二矿 建成 的 G E P O N 系统采 用 了双环 网 结 构 。地 面 机 房装 置 了 OL T、 冗 余 控 制 器 、 交 换 机 及计算机等设备 ， 完成线路 的状态检测、 数据的交换 和传 输控 制等 功 能 。在 井下 设 置 了 8个 接 入 点 ， 分 别 从 主井 口和 副井 口连 接 到 地 面机 房 ， 组 成 了井 下 信息的主干传输通道 ] 。井下每个接入点接入相应 的 ONT， 将井下各种检测 、 控制信号汇入主干网络 。 祁南 煤 矿建 成 的 GE P ON 系 统 设 置 了 3个 环 ， 1个环 设 置在地 面 ， 用于地 面 提 升机 监 控 系 统 、 地 面 变 电所 监控 系统 及压 风机 房监 控 系统等 地面 子 系统 的接入 。井 下设 置 了 2个 环 ， 用 于井 下 工 业 电视 系 统 、 人 员监测 系统 及 环 境 安 全 监控 系统 等 井 下 子 系 2 0 1 5年 第 1期 王金 华 矿 井主传 输 的现状 及发 展 趋势 3 5 统 的接 入 [ 6 ] 。 2 ． 3 工 业 以 太 网 工业 以太 网即应 用于 工业 控制 领域 的以太 网技 术 ， 在 技术 层 面 上 与商 用 以太 网 即 I E E E 8 0 2 ． 3标 准 兼 容 。工业 以太 网 以其 透 明 的传 输 协 议 以及 超 强 的组 网能力 在 工业 控 制 领域 获 得 了 广 泛 的应 用 _ 8 ] ， 也 得 到 了越 来 越 多 的 煤 矿 用 户 的认 可 ， 已成 为矿 井主 传输 的 主流 发展 趋势 。 工业 以太 网 以工业 级 交 换 机 为 核 心设 备 ， 以光 纤为传输介质 。工业级交换机可应用于复杂的工业 环境 中 ， 能够 适应 高 温 、 低 温工 作 环 境 ， 具 有 抗 故 障 能力 强 、 工 作 可靠 性 高 等特 点 。交 换 机 提供 有 丰 富 的 以太 网光 口、 电 口， 并具 有 强 大 的 网管 功 能 ， 支 持 多 种 环 网 冗 余 及 VL AN Vi r t u a l L o c a l Ar e a Ne t wo r k ， 虚拟局域 网 划分 ， 现场使用 方便 。而光 纤传输具有传输距离远、 抗干扰能力强 、 传输带宽容 量大等特点 ， 可为信息传输提供安全、 高速 、 可靠 的 通道 。 目前 ， 多 数煤 矿 均 利 用 工业 以太 网技 术建 设 了 井 下 百兆 或 千兆 以 太 环 网 ， 井 下 各 子 系 统 就 近接 人 环 网交换 机 。但 随 着 煤 矿 开采 规 模 的不 断 扩 大 ， 煤 矿井 下接 入 的系 统 越 来 越 多 ， 特别 是 井 下接 入 高 清 摄像仪的数量不断增 多 ， 导致 了井下需传输 的信息 量越 来越 大 ， 从 而对 井 下 主 干 以太 环 网 的传 输 带 宽 提 出 了更 高 的要 求 。万兆 以太 环 网将成 为 未来 矿井 主传输的发展趋势。 3 矿 井主传输领 域 中综 合传输与 专网专用传 输 比较 3 ． 1 综合传 输技 术 在煤 矿应 用 中的优 劣 势 综合 传 输 即在 煤 矿 井 下建 立 一 条 主 干 网络 ， 井 下各 子 系统 都可 就 近 接 入 此 网络 ， 各 子 系 统信 息 在 网络 上 同时 传输 。 综合传输具有 以下优点 ① 网络布置简单 ， 井 下一 条 网络 可 同时 传 输 多个 子 系统 信 息 ， 各 子 系统 无需 单独 布 线 ， 减 少 了井 下线 缆 的布设 长度 ， 改 变 了 煤矿 每新 增 加一 个 系统 就需重 新 布设 一条 光缆 的局 面。② 网络维护简单 ， 井下巡检人员只需要针对综 合 网络进 行 维护 ， 无 需维 护多 个 网络 。 综 合传 输 方 便 了各 子 系统 的接 入 ， 并 且 有效 减 少 了 网络上 的故 障源 ， 降低 了系统 的维 护 工作量 。 综合传输 的缺点 传输通道的冗余度和传输设 备冗余度都不如专 网传输大 。除了上述缺点 ， 利用 目前 以太 网技 术 VL AN 功 能可 将 不 同子 系统 划 分 在各 自独 立 的虚 拟 网络 内 ， 使 各 子 系 统 之 间在 接 入 层相 互不 能 通信 ， 各 子 系 统 之 间 基 本 杜 绝 了相 互 影 响 的可 能性 。 3 ． 2 专 网专 用传 输在 煤矿 应 用 中的优劣 势 专网专用传输是指为子系统建立独立的专用传 输 网络 ， 此 网络上只传输某一子系统的信息 ， 实现专 网专用。专网专用传输 的优点是系统独用该 网络 ， 不会受其他系统故 障的影 响， 此系统 出现故障时也 不会影响到其他系统 ， 网络相对安全 可靠 。但其 缺 点也 较 明显 ， 若 每 个 子 系 统 均建 立 各 自的独 立传 输 网络 ， 则势必造 成煤矿井下线 缆布设过 多， 线路 复 杂 ， 对 设备 维 护造 成不 便 。若需 要新 增加 系统 ， 还需 重新布线 ， 增加了安装工作量和线缆的投入。 综合 上 述 比较结 果 ， 矿 井 主传 输 可采 用 综 合传 输 与专 网专用 传输 相 结合 的传 输方式 。某 些 重要 系 统如 安全 监测 监控 系统 需 采 用 专 网 专 用传 输 ， 保 证 数据的可靠传输 。而其他 系统均可采用综合传输 ， 各系统都可接人综合传输网络 ， 实现 同时传输 。 4 结语 介绍 了矿井主传输技术 的现状及多元化发展方 向 ， 其 中工业 以太 网技 术 将在 矿 井 主 传 输 中得 到 越 来越 多 的应用 ， 并 且 万 兆 以 太 网是 其 发 展 的必 然 趋 势。比较 了矿井主传输领域 中综合传输与专网专用 传输在煤矿应用中的优 劣势 ， 指 出煤矿井下应采 用 综合传输与专 网传输相结合 的传输方式， 对于重要 系统 应采 用专 网专 用 传 输 ， 其 他 系统 则 应 采 用综 合 传输 方式 。 参考文献 孙继平． 煤矿 自动化 与信 息化 技术 回顾 与展望 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 O l O ， 3 6 6 2 6 3 o ． 孙继平 ． 煤矿井 下有线 宽带信 息传输 研究 E J ] ． 工 矿 自 动化 ， 2 O 1 3 ， 3 9 1 l ～ 5 ． 孙继平． 现代化矿井通信技术 与系统[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 3 1 - 5 ． 彭俐 ． 西山通信系统 S DH 自愈 环网的设 计与实现 E J 3 ． 山西 焦煤 科技 ， 2 0 1 0 1 2 2 2 4 ． 王长 智 ， 陈莉 ， 赵国志． S DH技 术在兖 矿集团煤炭 传输 网中的应 用[ J ] ． 煤矿机 电， 2 0 0 9 3 6 0 6 2 ． 韩晓东 ， 范 佩磊 ， 邓荣 ． 矿用 G E P ON 在祁南 煤矿 综合 信 息监控系统中的应用[ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 0 8 ， 3 4 5 1 1 5 11 6 ． 张战国． 千兆无 源光纤 以太 网在平煤 十二 矿的设计 应 用 [ J ] ． 煤 炭科 学技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 4 7 - 9 ． 范高 贤 ， 周波 ， 殷庆平 ． 光 纤工业 以太环 网在 煤矿 安全 监控 系 统 中 的 应 用 [ J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 0 7 ， 3 3 6 1 O 8 一 l 10 ． 张林 ， 徐钊 ， 刘 辉． 煤矿 网络传输 层平 台的环 间传输 方 法 E J 7 ． 中国矿业大学学报 ， 2 0 1 0 ， 3 9 6 8 9 1 8 9 6 ． ] ] ] ] ] ] ] ] ] 口