千兆無源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、能源需求的增長，煤礦井下各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)越來越多，數(shù)據(jù)量急劇增加。為了適應(yīng)這種狀況，礦井監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)已經(jīng)從原來的模擬傳輸發(fā)展到數(shù)字傳輸，并提出了對(duì)“三網(wǎng)合一”即數(shù)據(jù)、視頻和語音信號(hào)通過一個(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(yīng)運(yùn)而生。

　　 礦用GEPON(千兆無源光纖以太網(wǎng))專門針對(duì)應(yīng)用環(huán)境惡劣的煤礦井下開發(fā)，成本低，寬帶且?guī)捒蓜?dòng)態(tài)分配，系統(tǒng)穩(wěn)定，易于安裝維護(hù)，故障率低，組網(wǎng)靈活，易于擴(kuò)展，適合于綜合傳輸視頻、數(shù)據(jù)、語音等信息，可作為全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的高速主干傳輸平臺(tái)。本文主要介紹礦用千兆無源光纖以太網(wǎng)在平煤十二礦的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

　　 方案選擇

　　 系統(tǒng)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，不但集成了無源光網(wǎng)絡(luò)的低成本優(yōu)勢(shì)，而且與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位的以太網(wǎng)技術(shù)無縫融合。其具備以下優(yōu)勢(shì)：組網(wǎng)靈活，環(huán)形、樹形、星形都可以。與以太網(wǎng)技術(shù)無縫融合;采用光無源技術(shù)組網(wǎng);采用本質(zhì)安全型接入設(shè)備;具備多種冗余功能;帶寬利用率極高;成本低，方便維護(hù)、擴(kuò)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?shù)钠脚_(tái)。

　　 系統(tǒng)構(gòu)架選擇

　　 礦用GEPON網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要有樹狀和環(huán)狀2種冗余方式。樹狀冗余的特點(diǎn)是分支靈活、傳輸距離遠(yuǎn)、光口所接光網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)多，但其光纜布線施工復(fù)雜，備用光纖故障監(jiān)測(cè)較難實(shí)現(xiàn)。環(huán)狀冗余的特點(diǎn)是光纜布線施工簡單、備用光纖故障監(jiān)測(cè)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(shù)一般不超過10個(gè)。但當(dāng)設(shè)置點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，可設(shè)置多個(gè)環(huán)。分支和傳輸距離問題可通過合理設(shè)置光網(wǎng)絡(luò)終端和設(shè)計(jì)光功率分配加以解決。因此，平煤十二礦綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸采用環(huán)狀冗余型礦用GEPON系統(tǒng)。

　 　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　 平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由地面光線路終端(OLT)、分光器(KL5001A)及光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)等組成。

　　 針對(duì)平煤十二礦實(shí)際情況，該設(shè)計(jì)的GEPON系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一路工作，一路檢測(cè)備用。地面機(jī)房設(shè)置一臺(tái)光線路終端、一臺(tái)冗余控制器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等，完成線路狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)傳輸控制、帶寬分配等功能。從主井口和副井口分別鋪設(shè)阻燃單模光纜，在井下形成光纖環(huán)。井下共設(shè)置8個(gè)接入點(diǎn)，每個(gè)接入點(diǎn)均設(shè)置一臺(tái)無源分光器(KL5001A)，組成系統(tǒng)的主干傳輸光纖通道。每個(gè)分光器上接入對(duì)應(yīng)的ONT，把井下各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、視頻圖像、IP語音等匯入，通過無源主干網(wǎng)絡(luò)，集中、高速地送到地面監(jiān)控主機(jī)。在2號(hào)和8號(hào)ONT上，接入礦用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

　　 系統(tǒng)功能特點(diǎn)及主要參數(shù)

　　 系統(tǒng)功能

　　 ●一根光纖中同時(shí)傳輸多路工業(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)、IP調(diào)變通信信號(hào)等。

　　 ●具有豐富的軟件接口(OPC，DDE，OD-BEC，F(xiàn)I’P)，其無縫整合各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)OLT和ONT的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)的管理及故障報(bào)警功能。

　　 ●可以對(duì)每個(gè)ONT及OLT進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置及狀態(tài)報(bào)告，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雙總線及環(huán)毛結(jié)構(gòu)冗余的自動(dòng)及手動(dòng)保護(hù)功能。

　　 ●具有端口帶寬分配功能。

　　 ●可在任何一臺(tái)工作站上實(shí)現(xiàn)對(duì)井上、井下設(shè)備的控制。

　　 ●具有強(qiáng)大的圖形組態(tài)功能，可組屏分屏顯示各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形。

　　 ●具有數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、歷史曲線顯示、報(bào)打印、逐級(jí)報(bào)警、數(shù)據(jù)系統(tǒng)分級(jí)管理、報(bào)警故障：錄、完整的事件記錄等功能。

　　 ●每臺(tái)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(shù)不少于10臺(tái)。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)

　　 ●主干光網(wǎng)絡(luò)采用下行廣播、上行TDM適應(yīng)方式，每臺(tái)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(jiān)控畫面、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)、IP調(diào)通信信號(hào)等，并保證信息交換的實(shí)時(shí)性及傳輸質(zhì)(QoS)。

　 　●系統(tǒng)帶寬利用率高，可達(dá)70%，因而可流暢地傳輸大容量的視頻信號(hào)。

　　 ●系統(tǒng)具有主機(jī)和線路冗余功能，可實(shí)現(xiàn)OLT端口的狀態(tài)、備用光纖的通斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換，因而可靠穩(wěn)定。

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

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

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

　　 ●系統(tǒng)采用千兆無源光纖分支技術(shù)，單一ONT故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)防爆性能好，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。

　　 系統(tǒng)主要參數(shù)

　　 ●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(jié)點(diǎn)數(shù)：不少于40個(gè)。

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

　　 ●系統(tǒng)冗余切換時(shí)間：小于100ms。

　　 主要設(shè)備簡介

　　 光線路終端(OLT)

　　 光線路終端(OLT)是GEPON系統(tǒng)的中心設(shè)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(shè)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(shè)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(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備側(cè)設(shè)備，通過千兆無源光纖網(wǎng)絡(luò)終結(jié)從光線路終端傳送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。與OLT配合，ONT可向相連的礦用數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)、礦用寬帶監(jiān)測(cè)、礦用IP調(diào)度通信系統(tǒng)等提供寬帶綜合通詹。主要參數(shù)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(yīng)端口，本安RS一485端口

　　 ●光纖端口：連接口類型為sc，單根光纖，上行工作波長1310nm，下行1490nlTl，傳輸速率lGbps，上下行允許光線路衰減28dB。

　　 冗余控制器

　　 冗余控制器可以實(shí)現(xiàn)OLT的端口設(shè)備冗余、線路冗余，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主要設(shè)備OLT工作端口和備用設(shè)備OLT端口的狀態(tài)，監(jiān)測(cè)備用光纖的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的冗余切換等。

　　 控制器功能：

　　 ●實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OLT光端口和環(huán)網(wǎng)光纖的狀態(tài)。

　　 ●OLT設(shè)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)形成雙樹結(jié)構(gòu)。

　　 ●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(tǒng)有關(guān))。

　　 ●探測(cè)器檢測(cè)靈敏度小于一30dBm。

　　 ●OLT光端口異常、硬件故障時(shí)報(bào)警。

　　 ●控制器具有自動(dòng)、手動(dòng)控制模式。

　 　結(jié)束語

　　 平煤十二礦GRPON系統(tǒng)的建設(shè)，為下一步礦井其他子系統(tǒng)的建設(shè)接入提供了一個(gè)高速、安全、穩(wěn)定的平臺(tái)，為平煤集團(tuán)公司的其他礦井積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。該系統(tǒng)的實(shí)施，把平煤十二礦原來單獨(dú)的子系統(tǒng)有效地結(jié)合起來，達(dá)到了集中管理、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的效果，提高了礦井的生產(chǎn)效率。將視頻圖象、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等共線集中上傳，方便維護(hù)管理，分散了原有各系統(tǒng)的故障點(diǎn)，使系統(tǒng)更加可靠。GEPON系統(tǒng)獨(dú)有的冗余方式，使光纖環(huán)路上的任意故障點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)不構(gòu)成影響。本安型的接入設(shè)備，使得光網(wǎng)絡(luò)終端可以放入高瓦斯區(qū)域或采煤工作面、掘進(jìn)工作面等。

　 　平煤十二礦礦用GEPON系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)、圖像傳輸流暢，環(huán)路安全可靠，局部設(shè)備的斷電、故障不影響系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。