羅河鐵礦三大系統網絡技術淺析

羅河鐵礦三大系統網絡技術淺析

作者：田甜

（工作單位：安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司 生產技術部）

摘 要

本文簡要介紹了羅河鐵礦三大系統的網絡結構和應用的網絡技術。羅河鐵礦採用工業以太環網、串口服務器、語音網關來實現監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統三網合一的方案，使用通信光纜作爲三網合一的骨幹傳輸網絡，有效地將監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統有機的融合在一起，實現三網合一的井下網絡系統。

關鍵詞

工業光纖以太環網、三網合一、電信級接入網光纜傳輸系統、ip網絡攝像機、串口服務器、GRRU、VoIP( Voice over IP)。

前 言

建設礦山安全避險“六大系統”是安全發展理念在礦山企業生產上的重要體現，是堅持預防爲主，有效降低事故危害程度、防範遏制重特大事故的綜合治理措施，是建設堅實的礦山安全技術保障體系的重要內容。爲保證礦山安全、高效運行生產，信息傳輸至關重要，如何快速、及時準確地處理信息，指導礦山安全生產是礦山信息化工作的核心和方向。羅河鐵礦2014年建成了井下安全避險六大系統，順利通過了國家安全驗收。六大系統中的人員定位、通訊聯絡、監測監控三大系統將礦山井下信息化水平提高到一個新的高度。建成後的三大系統實現了三網合一，在三網合一的三大系統中我們應用了一些組網思路和光纖技術，如採用了在當下先進的IP語音交換技術等。在這裏介紹下羅河鐵礦三大系統中這些技術的應用。

一、建設三網合一的優點

單獨建設監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡三大系統，需要爲每個系統單獨鋪設一條通信電纜到井下巷道中去，既大大增加了成本又不利於後期維護。爲了簡化井下三網建設，合理利用網絡資源，將三網合一是十分必要的。採用三網合一的系統，僅需佈置一條光纜到井下，既節省了成本，又大大提高通信安全性，更爲有效地利用了網絡資源。工業光纖以太環網具有傳輸距離長、承載帶寬大、鏈路自動冗餘備份的特點，採用的光纖介質，在傳輸中有低損耗的特性，無中繼傳輸距離長，相鄰站之間最大長度多模光纖可達2ｋｍ，單模光纖可達40~60ｋｍ。環網能自動冗餘備份，能自動協商到達最近節點的路徑，如果一處線路損壞，網絡拓撲重新配置，達到正常網絡狀態只需300毫秒。

二、監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統三網合一的實現方法

井下光纜傳輸系統光纜總長度30多公里，覆蓋副井調度室、變電所控制室、辦公樓以及井下-455m、-545 m和-560 m三個水平。建成主幹光交ODF箱4臺、覆蓋各條巷道光纖配線箱98臺。爲實現三網合一，礦山信息化、自動化奠定了全面的光纖傳輸基礎。地面監控機房與井底信號房、井下變電所、井下避難硐室等主要場所架設多臺環網交換機，通過通信光纖將所有環網交換機組成一個工業以太環網。安全監控系統通過串口服務器接入環網交換機將井下的監控分站數據上傳到地面監控機房；視頻監控系統通過網絡硬盤錄像機接入環網交換機從而把井下數字網絡攝像機的視頻信號傳輸到監控機房；通訊聯絡的有線通訊系統通過語音網關接入環網交換機從而實現井底電話與地面監控機房的通信。

羅河鐵礦人員定位、通信聯絡、監測監控三網合一系統圖

三、三網合一網絡技術的應用

1、安全監控系統

安全監控系統通過串口服務器接入環網交換機將井下的監控分站數據上傳到地面監控機房。串口服務器能夠將ＲＳ－232／485／422串口轉換成TCP/IP網絡接口，實現ＲＳ－232／485／422串 口與TCP/IP網絡接口的數據雙向透明傳輸。利用串口服務器接入以太環網的安全監控系統的工作模式如下：二氧化硫、硫化氫、風速、開停等傳感器通過485通信電纜連接監控分站（多臺監控分站可以通過通信電纜並聯起來），監控分站通過通信電纜連接串口服務器，串口服務器通過網線連接環網交換機，監控機房安全監控系統的監控服務器通過網線連接環網交換機，監控服務器通過網絡信號來收發監控分站的通訊信號。

傳統視頻監控系統的工作模式是將多臺攝像頭通過視頻信號線連接多路的視頻光端機的發射機，視頻光端機的發射機通過光纖連接視頻光端機的接收機（發射機和接收機必須配對使用），接收機通過視頻信號線連接到硬盤錄像機，硬盤錄像機通過VGA連接線連接顯示器來顯示視頻畫面。在上面的工作模式中，視頻監控也無法接入以太環網。雖然在上面的工作模式中利用了光纖，但是現有的設備沒有辦法直接從光纖中獲取視頻信號，因此必須將視頻信號轉換成網絡信號才能將視頻信號接入以太環網。隨着網絡監控技術的發展，我們直接採用網絡IP攝像機，將井下佈置的網絡攝像機利用光電轉換器通過光纖傳輸信號就近接入井下環網交換機，通過工業環網上聯至監控機房的兩臺NVR（數字硬盤錄像機）。每臺網絡攝像機都配置自己的IP地址，在同一個網段裏NVR就可以訪問讀取這些網絡攝像機的視頻信號。維護管理人員可以通過這些唯一的IP地址管理維護這些網絡攝像機。

2、人員定位系統

人員定位系統採用的人員定位分站能夠提供RS485、RJ45、光信號三種數據傳輸模塊。人員定位分站與人員定位讀卡器之間通過RS485通信，分站與分站之間通過光纖環網分組並聯，人員定位分站通過網線上聯至環網交換機。人員定位分站設備加裝有三個光口兩個電口，可以視作井下環網交換機的補充。這樣設計合理的利用光纖環網的資源，擴展了工業環網交換機的接入範圍，實現了井下-560傳輸水平，-545通風水平，-540工作水平的精確到每條巷道的定位。極大的簡便了井下各種網絡設備的接入和人員定位分站的布放。

4、通訊聯絡系統

通訊聯絡系統包括有線通信聯絡系統和無線通信聯絡系統。《金屬非金屬地下礦山通信聯絡系統建設規範》（ＡＱ２０３６－２０１１）中要求：金屬非金屬地下礦山應根據安全避險的實際需要，建設完善有線通信聯絡系統；羅河鐵礦有線通信聯絡系統利用工業環網應用了VOIP技術。VoIP技術是一種可在 IP 網絡上互傳模擬音訊或視訊的技術，由一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程序，將語音數據在 IP 網絡上傳輸到目的地，然後再經相反的程序，還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。VoIP 在通信聯絡系統中應用，主要通過井下重點部位設置固定電話，電話線就近接入井下傳輸分站中的IP語音網關，通過語音網關把模擬語音信號進行數字編碼，語音網關用網線接入工業環網，使之能和監測監控、人員定位系統在同一個網絡平臺中融合，實現其功能。這種架構的有線通訊比傳統的PSTN公共電話交換網絡技術在線路架設和維護工作上要省時省力的多，更可以隨着巷道的掘進和變化就近進行電話的擴容和鋪設。作爲有線通信聯絡系統的補充，羅河礦無線通訊系統直接利用光纖網絡在井下敷設了移動GSM手機信號。通過和中國移動的合作，在各水平共架設的17臺GRRU（數字光纖信號直放站），利用建設好的光纖工業環網接入移動GSM基站，井下通過敷設泄露電纜加定向天線的方式實現移動手機信號80%的覆蓋率。

VOIP語音調度界面和配置

井下無線通訊系統—中國移動GSM室內分佈光纖直放站

工業環網傳輸分站、語音廣播、電話

結 語

從當前的技術條件上來看，採用以太環網技術實現監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統的多網合一，是礦山信息化、自動化的發展的方向。在建設過程中根據礦山的實際情況，用以太環網技術將監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統有效的融合在一起，合理佈置、統籌施工，既減少了企業的投資，又減輕了企業在後期維護過程的工作量。