礦場(chǎng)安防系統光纖自愈以太網(wǎng)方案

礦場(chǎng)安防系統傳統技術(shù)比較成熟，主要包括電視監控系統。前端點(diǎn)距中央控制室較近的一般采用電纜傳輸，當距離超過(guò)500M時(shí)，一般采用點(diǎn)對點(diǎn)的基帶非壓縮的視頻、數據、音頻光端機，將前端的視頻、報警、音頻信號傳輸至監控中心，同時(shí)將監控中心對攝像機云臺、鏡頭的控制信號傳至前端。

一、周界系統光纖自愈以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)新方案

針對礦場(chǎng)安防系統傳統的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸解決方案的固有缺陷，在礦場(chǎng)周界監控系統中，本文采用基于集散控制系統概念的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)系統。該系統具有高度的分散性、實(shí)時(shí)性、可靠性、開(kāi)放性和可操作性，同時(shí)也可以做到數據、語(yǔ)音和視頻“三網(wǎng)合一”。它采用統一的TCP/IP協(xié)議，避免了不同協(xié)議間難以通訊的困擾；可以直接和局域網(wǎng)的計算機互連，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)終端數據；采用光纜，減少了布線(xiàn)難度；選用工業(yè)級的以太網(wǎng)設備組網(wǎng)，增強了對環(huán)境的適應性。

1、光纖工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（Ethernet）以前主要應用于辦公自動(dòng)化,是在 20 世紀 70 年代研制開(kāi)發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò )媒體。目前通用的以太網(wǎng)標準IEEE802.3使用了CSMA/CD傳輸協(xié)議。任何需要傳輸數據的節點(diǎn)首先要監聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )空閑時(shí)發(fā)送數據，發(fā)送數據時(shí)繼續監聽(tīng)，檢測到?jīng)_突時(shí)立即停止發(fā)送并發(fā)出一個(gè)強化沖突的干擾信號，通知所有節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)發(fā)生沖突，此時(shí)沖突各方主動(dòng)退避,隨機等待一段時(shí)間后再重新監聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )。

交換式以太網(wǎng)是根據提高以太網(wǎng)的傳輸速率，盡可能減少總線(xiàn)競爭的思想開(kāi)發(fā)出的新型以太網(wǎng)。所有節點(diǎn)都分別連接到一個(gè)交換式集線(xiàn)器的端口上，交換式集線(xiàn)器內置一個(gè)復雜的交換陣列，任意兩個(gè)端口都可以建立一個(gè)傳輸通道，以標稱(chēng)傳輸速度、傳輸數據。

隨著(zhù)以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間通信提供了技術(shù)可能。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)的需要。在產(chǎn)品設計時(shí)，首先考慮的是高溫、潮濕、震動(dòng)；其次看是否能方便地安裝在工業(yè)現場(chǎng)控制柜內；再次是使用低壓交流或直流電源。EMC的要求隨工業(yè)環(huán)境對EMI和ESD要求的不同而變化。

目前工業(yè)以太網(wǎng)的應用已取得下述成果：

(1) 針對工業(yè)現場(chǎng)設備間通信具有實(shí)時(shí)性強、數據信息短、周期性較強等特點(diǎn)和要求，基本解決了以太網(wǎng)應用于現場(chǎng)設備間通信的關(guān)鍵技術(shù)。

① 實(shí)時(shí)通信技術(shù)采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)，以及確定性數據通信調度控制策略、簡(jiǎn)化通信棧軟件層次、現場(chǎng)設備層網(wǎng)絡(luò )微網(wǎng)段化等針對工業(yè)過(guò)程控制的通信實(shí)時(shí)性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性?？梢詫?shí)現雙冗余環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)。

②采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù)，設計了能實(shí)現網(wǎng)絡(luò )供電或總線(xiàn)供電的以太網(wǎng)集線(xiàn)器，解決了以太網(wǎng)總線(xiàn)的供電問(wèn)題。

③采用網(wǎng)絡(luò )分層、控制區域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò )超小時(shí)滯中繼以及光纖傳輸技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠距離傳輸問(wèn)題。

④ 采用控制區域微網(wǎng)段化，各控制區域通過(guò)具有網(wǎng)絡(luò )隔離和安全過(guò)濾的現場(chǎng)控制器與系統主干相連，實(shí)現各控制區域與其他區域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò )隔離。

⑤采用分散結構化設計、EMC設計、冗余、自診斷等可靠性設計技術(shù)。

(2) 起草了“用于工業(yè)測量與控制系統的EPA系統結構和通信標準”（草案）。

(3)針對工業(yè)現場(chǎng)控制應用的特點(diǎn)，通過(guò)采用軟、硬件抗干擾、EMC設計措施，已開(kāi)發(fā)出了基于以太網(wǎng)技術(shù)的傳輸和控制設備。

2、集散控制系統

集散控制系統(DCS)是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統，其基本思想是集中操作、分散控制、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS具有以下特點(diǎn)：高可靠性、開(kāi)放性、靈活性、易于維護、協(xié)調性和控制功能齊全及可以實(shí)現更高級的集中管理功能。

目前在國內，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成功應用于很多集散控制系統的工業(yè)現場(chǎng)。有以上技術(shù)作依托，光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)應用于礦場(chǎng)周界系統的傳輸中成為可能。