千兆無(wú)源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應用

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、能源需求的增長(cháng)，煤礦井下各種監測監控系統越來(lái)越多，數據量急劇增加。為了適應這種狀況，礦井監測通信系統已經(jīng)從原來(lái)的模擬傳輸發(fā)展到數字傳輸，并提出了對“三網(wǎng)合一”即數據、視頻和語(yǔ)音信號通過(guò)一個(gè)通道傳輸)的實(shí)際要求，礦井綜合自動(dòng)化傳輸網(wǎng)絡(luò )應運而生。

　　 礦用GEPON(千兆無(wú)源光纖以太網(wǎng))專(zhuān)門(mén)針對應用環(huán)境惡劣的煤礦井下開(kāi)發(fā)，成本低，寬帶且帶寬可動(dòng)態(tài)分配，系統穩定，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、數據、語(yǔ)音等信息，可作為全礦井綜合自動(dòng)化系統的高速主干傳輸平臺。本文主要介紹礦用千兆無(wú)源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應用設計。

　　 方案選擇

　　 系統技術(shù)選擇

　　 目前，礦用綜合自動(dòng)化信息傳輸技術(shù)主要有3種：工業(yè)以太網(wǎng)、GEPON和基于SDH技術(shù)的傳輸。GEPON是PON技術(shù)中最新實(shí)用的一種，不但集成了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的低成本優(yōu)勢，而且與數據網(wǎng)絡(luò )中占據絕對主導地位的以太網(wǎng)技術(shù)無(wú)縫融合。其具備以下優(yōu)勢：組網(wǎng)靈活，環(huán)形、樹(shù)形、星形都可以。與以太網(wǎng)技術(shù)無(wú)縫融合;采用光無(wú)源技術(shù)組網(wǎng);采用本質(zhì)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(shù)中選擇了GEPON作為礦井信息傳輸的平臺。

　　 系統構架選擇

　　 礦用GEPON網(wǎng)絡(luò )構架主要有樹(shù)狀和環(huán)狀2種冗余方式。樹(shù)狀冗余的特點(diǎn)是分支靈活、傳輸距離遠、光口所接光網(wǎng)絡(luò )終端數多，但其光纜布線(xiàn)施工復雜，備用光纖故障監測較難實(shí)現。環(huán)狀冗余的特點(diǎn)是光纜布線(xiàn)施工簡(jiǎn)單、備用光纖故障監測容易、故障冗余切換時(shí)間短，但其每個(gè)光口所接光網(wǎng)絡(luò )終端數一般不超過(guò)10個(gè)。但當設置點(diǎn)數較多時(shí)，可設置多個(gè)環(huán)。分支和傳輸距離問(wèn)題可通過(guò)合理設置光網(wǎng)絡(luò )終端和設計光功率分配加以解決。因此，平煤十二礦綜合監控網(wǎng)絡(luò )傳輸采用環(huán)狀冗余型礦用GEPON系統。

　 　系統設計

　　 平煤十二礦礦用GEPON系統結構如圖1所示，主要由地面光線(xiàn)路終端(OLT)、分光器(KL5001A)及光網(wǎng)絡(luò )終端(ONT)等組成。

　　 針對平煤十二礦實(shí)際情況，該設計的GEPON系統采用雙環(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(xiàn)路終端、一臺冗余控制器、計算機、交換機等，完成線(xiàn)路狀態(tài)檢測、數據交換、數據傳輸控制、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(gè)接入點(diǎn)，每個(gè)接入點(diǎn)均設置一臺無(wú)源分光器(KL5001A)，組成系統的主干傳輸光纖通道。每個(gè)分光器上接入對應的ONT，把井下各種監測監控數據、視頻圖像、IP語(yǔ)音等匯入，通過(guò)無(wú)源主干網(wǎng)絡(luò )，集中、高速地送到地面監控主機。在2號和8號ONT上，接入礦用安全監測系統、視頻監控系統、人員監測系統、電力監測系統等。

　　 系統功能特點(diǎn)及主要參數

　　 系統功能

　　 ●一根光纖中同時(shí)傳輸多路工業(yè)電視信號、安全監測系統信號、生產(chǎn)監控系統信號、IP調變通信信號等。

　　 ●具有豐富的軟件接口(OPC，DDE，OD-BEC，FI’P)，其無(wú)縫整合各子系統，實(shí)現全礦的管控一體化。

　　 ●具有完整的網(wǎng)絡(luò )管理功能，可以實(shí)現OLT和ONT的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)的管理及故障報警功能。

　　 ●可以對每個(gè)ONT及OLT進(jìn)行各種參數的設置及狀態(tài)報告，同時(shí)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )系統的雙總線(xiàn)及環(huán)毛結構冗余的自動(dòng)及手動(dòng)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(shí)現對井上、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的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形。

　　 ●具有數據查詢(xún)統計、歷史曲線(xiàn)顯示、報打印、逐級報警、數據系統分級管理、報警故障：錄、完整的事件記錄等功能。

　　 ●每臺OLT提供4個(gè)千兆以太網(wǎng)光口，支4個(gè)環(huán)網(wǎng)，每個(gè)環(huán)網(wǎng)使用2芯光纖，所接光網(wǎng)絡(luò )端數不少于10臺。

　　系統特點(diǎn)

　　 ●主干光網(wǎng)絡(luò )采用下行廣播、上行TDM適應方式，每臺ONT動(dòng)態(tài)分配一定的時(shí)隙(最多保一100MB/s帶寬)，能綜合傳輸多路工業(yè)電視監控畫(huà)面、安全監測系統信號、生產(chǎn)監控系統信號、IP調通信信號等，并保證信息交換的實(shí)時(shí)性及傳輸質(zhì)(QoS)。

　 　●系統帶寬利用率高，可達70%，因而可流暢地傳輸大容量的視頻信號。

　　 ●系統具有主機和線(xiàn)路冗余功能，可實(shí)現OLT端口的狀態(tài)、備用光纖的通斷狀態(tài)監測，實(shí)現自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換，因而可靠穩定。

　　 ●井下光網(wǎng)絡(luò )終端采用本安型設備，即插用，體積小，方便安裝。

　　 ●系統具有RJ45/RS一485接口，可方便接入各個(gè)子系統的信號。

　　 ●系統具有雙總線(xiàn)、環(huán)形2種冗余方式，既保證了系統的可靠性，又增加了系統組網(wǎng)的靈活性。

　　 ●系統采用千兆無(wú)源光纖分支技術(shù)，單一ONT故障不影響整個(gè)系統的運行，系統防爆性能好，抗干擾能力強，運行穩定。

　　 系統主要參數

　　 ●主干網(wǎng)絡(luò )通信速率：1Gbps。

　 　●主干網(wǎng)絡(luò )傳輸距離：不小于10km。

　 　●網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數：不少于40個(gè)。

　 　●網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通信速率：10～100Mbit/s可調。

　　 ●系統冗余切換時(shí)間：小于100ms。

　　 主要設備簡(jiǎn)介

　　 光線(xiàn)路終端(OLT)

　　 光線(xiàn)路終端(OLT)是GEPON系統的中心設備，它向核心以太網(wǎng)提供4個(gè)千兆以太網(wǎng)端口，向ONT設備提供4個(gè)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(gè)，RJ4510/lOOBase-T;②上行接口：4個(gè)GE接口;③PON接口：4個(gè)千兆接口。

　　 礦用光網(wǎng)絡(luò )終端(ONT)

　 　礦用光網(wǎng)絡(luò )終端(ONT)是GEPON系統的現場(chǎng)設備側設備，通過(guò)千兆無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò )終結從光線(xiàn)路終端傳送來(lái)的以太網(wǎng)數據。與OLT配合，ONT可向相連的礦用數字化工業(yè)電視系統、礦用寬帶監測、礦用IP調度通信系統等提供寬帶綜合通詹。主要參數如下：

　 　●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(lèi)型為sc，單根光纖，上行工作波長(cháng)1310nm，下行1490nlTl，傳輸速率lGbps，上下行允許光線(xiàn)路衰減28dB。

　　 冗余控制器

　　 冗余控制器可以實(shí)現OLT的端口設備冗余、線(xiàn)路冗余，可以實(shí)時(shí)監測主要設備OLT工作端口和備用設備OLT端口的狀態(tài)，監測備用光纖的通斷狀態(tài)，實(shí)現自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換等。

　　 控制器功能：

　　 ●實(shí)時(shí)監測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(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)切換。

　　 ●雙環(huán)光纖都中斷時(shí)可自動(dòng)形成雙樹(shù)結構。

　　 ●控制器在斷電時(shí)可保持原有狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò )通信不中斷。

　 　●控制器切換時(shí)間小于10ms(網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間與系統有關(guān))。

　　 ●探測器檢測靈敏度小于一30dBm。

　　 ●OLT光端口異常、硬件故障時(shí)報警。

　　 ●控制器具有自動(dòng)、手動(dòng)控制模式。

　 　結束語(yǔ)

　　 平煤十二礦GRPON系統的建設，為下一步礦井其他子系統的建設接入提供了一個(gè)高速、安全、穩定的平臺，為平煤集團公司的其他礦井積累了豐富的經(jīng)驗。該系統的實(shí)施，把平煤十二礦原來(lái)單獨的子系統有效地結合起來(lái)，達到了集中管理、數據共享、系統聯(lián)動(dòng)的效果，提高了礦井的生產(chǎn)效率。將視頻圖象、監控數據等共線(xiàn)集中上傳，方便維護管理，分散了原有各系統的故障點(diǎn)，使系統更加可靠。GEPON系統獨有的冗余方式，使光纖環(huán)路上的任意故障點(diǎn)對系統不構成影響。本安型的接入設備，使得光網(wǎng)絡(luò )終端可以放入高瓦斯區域或采煤工作面、掘進(jìn)工作面等。

　 　平煤十二礦礦用GEPON系統運行穩定，數據、圖像傳輸流暢，環(huán)路安全可靠，局部設備的斷電、故障不影響系統主干網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸。