浅议GEPON宽带在煤矿安全生产中的应用

　　摘  要：简单介绍目前我国煤矿企业井下自动化现状、“信息孤岛”现状、线路重复建设问题。通过对比分析了煤矿在建设井下宽带网络传输系统的三种实现方式，对安徽界沟矿业有限公司建设适用的井下宽带网络进行了可行性分析。

　　关键字：煤矿信息化；MCTP；工业以太网；GEPON

　　Application of Broadband GEPON in Coal Mine Safety Production

　　HU Chun-hua

　　(Anhui Community Ditch Mining Limited Schedule, Huaibei 235100, Anhui, China))

　　Abstract: This paper introduced the present coal company mine automation status," information isolated island" status and line repeat construction question in our country. Through the contrast analysis of the three ways of construct the broadband network transmission system in the underground of coal mine, the Anhui Jiegou Mining Limited construction applicable down-hole broadband network carried out a feasibility analysis.

　　Key words: coal mine informatization; MCTP; industrial Ethernet; GEPON

　　中图分类号： F407.21   文献标识码： A   文章编号： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　1 煤矿信息化概述：

　　能源工业是我们国家经济发展的命脉，工业的粮食，其行业的重要性和不可替代性也日益凸现。煤炭工业的发展的快慢，直接影响到国计民生。煤炭不仅是我国的基本燃料，而且是重要的工业原料。

　　随着国家煤炭行业体制改革的不断深化、现代信息技术的飞速发展，煤炭管理信息化将为煤炭工业的可持续发展提供良好的条件；煤炭行业的信息化建设成为煤炭行业发展的必然趋势。

　　我国煤矿信息化的现状上世纪，我国煤炭企业采用的多是粗放式的经营，科学管理基础条件差，信息化意识落后，信息化建设方面人才匮乏，这都在一定程度上限制企业管理信息化的开展。但进入本世纪以来，煤炭企业对信息化建设的投入在逐步增加，信息化意识也逐渐增强，企业管理水平也逐步提高。信息化程度是伴随着企业生产的需求而逐步提高的。但目前我国煤炭行业信息化整体水平不高，煤矿安全事故不断发生，其中的一个重要原因是煤矿企业安全生产信息手段落后，矿井安全监测、监控体系不健全。前几年我国煤矿的建设重点是煤矿数字化瓦斯远程监控系统、井下人员考勤定位远程管理系统及煤矿安全生产管理信息化系统零散子系统；而近几年则以煤矿综合自动化系统为主体的系统集成工程，主要涉及工业以太网搭建的工业控制网络、企业信息化网络，以工业组态软件为基础的综合自动化信息集成平台，将各分散的生产过程控制系统、安全监控系统集中一个平台管理，初步实现安全、生产远程监测。

　　随着我国煤炭事业的发展及安全形势的要求，利益信息技术建设、改造传统的煤炭行业，已受到我国政府的高度重视，信息化、数字化矿井的建设，国务院《关于进一步加强企业安全生产的通知》、国家安全生产监督管理总局国家煤矿监察局《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”》明确了“监测监控、人员定位、通讯联络、紧急避险、压风自救、供水施救”六大安全避险系统，迫切要求煤矿企业高产高效，对生产过程监测监控、矿井安全环境监测、生产过程信息化综合利用等方面的网络化、自动化、智能化提出了更高的要求。由此看来，煤矿企业必须依靠先进的企业文化和企业管理理念，采用多种现代化信息与自动化技术，建立健全矿井监测、控制、管理一体化、基于网络的大型开放式分布控制系统，取代传统的煤矿生产运行方式，形成矿井生产各个环节的过程控制自动化、生产综合调度指挥，保障煤矿安全高效集中生产，达到低成本、高效率的目标，提高煤矿企业整体安全生产水平。

　　界沟煤矿虽然各个系统达到了安全生产的要求，但是从效率上，各个系统基本以封闭状态运行，形成了多个系统信息孤岛，虽然有了局域网，办公条件得到了改善，但是自动化效率很低、没有实现高效率的办公自动化。各个系统各自为政，相互兼容性成为信息化矿井的瓶颈问题。随着安全形势及矿井发展的需要，界沟煤矿增加的子系统会越来越多，各子系统在井下巷道中重复布置线缆情况日益突出，不仅增加了资金的投入、加大了系统的维护工作量，影响了安全标准化的进程，也既不利于矿井安全生产的需要。解决这些问题，需要在煤矿建设统一的井下多信息宽带网络传输平台。

　　目前在煤矿企业成熟利用的光纤工业以太环网主要有GPON、MCTP及工业以太网交换机等三种技术方式。井下工业环网改变了传统分散式为集中式，各系统不需要在大巷内重复布线，克服了主干通讯电缆、信号电缆、广播电缆、控制电缆受到大巷内大型机电设备、高压动力电缆和复杂环境巷道数据传输干扰，避免了各设备安全监控子系统公共干路由于重复建设且容易形成的“信息孤岛”。在中央采区变电所、东翼采区变电所、7182采区变电所、-354变电所用光纤传输介质形成工业控制网络环，各子系统利用先进的IP地址进行高效管理各个子系统单元，建立基于工业以太网的工业信号宽带数据传输，目标是将井下的全部实时瓦斯监测、动力监测、设备监测、人员监测、视频图像系统、电话音频系统，统一通过“视频网、音频网、数据网”三网合一模式网络进行可靠的传输。

　　2 应用可行性分析

　　安徽界沟矿业有限公司界沟煤矿在中央10采区1010工作面、东翼采区7222工作面已实现了综合机械化采煤工艺，使得煤炭资源的回收率大幅提高，在井下作业的采掘工作面基本使用了服务于安全生产的各个信息监测系统。KJ70N安全监测监控系统用来监控和预警瓦斯、火、冲击地压等特大事故监测和预警，也是防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出预警的重要参数。KJ128A人员定位系统在遏制超定员生产、防止人员进入危险区域、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理发挥重要作用。KJT7矿井通讯系统是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的重要工具。KJ32A工业电视系统作为生产调度的“眼睛”及时了解井下实时生产情况。KJ30瓦斯抽放系统为防止瓦斯抽排治理提供了依据，为煤和瓦斯突出预警提供了保障。规划建设中的矿井通讯广播系统和井下紧急避险系统，为安全预警、紧急救援和矿工生命安全提供了更加有力的保证。

　　综合三种组网比较，从组网方式，主干传输方式、冗余切换时间、网络构架、组网及保护方式、与企业网兼容性等方面综合考虑，界沟煤矿使用GEPON网络具备诸多性能和优点：

　　a) GEPON网络采用一根光纤实现了多路工业电视信号、安全监测系统信号、生产监控系统信号、调度通讯信号的同时传输，节约了大量的资金投入；

　　b) GEPON采用下行广播、上行TDM通讯方式，每台网络终端ONT动态分配的流量可以保证各个子单元数据信息交换的时效性及传输质量；

　　c) GEPON网络具有双总线、环线两种冗余方式，保证了系统的可靠性，增加了系统组网的灵活性；

　　d) OLT的1000M以太网接口，可以连接多台ONT设备，每台ONT设备有多个100M以太网口接入；

　　e) GEPON采用无光源分支技术，单一ONT故障不影响整个系统的运行，防暴性能优，抗干扰能力强，运行稳定；

　　f) 1 000 M无源网络以树状的网络结构与煤矿巷道的树状分布匹配适应。

　　3 MCTP、GEPON、工业以太网系统对比情况

　　3.1 MCTP(综合传输系统平台)网络

　　MCTP为光纤多通道传输平台，采用成熟的光纤传输技术，结合优化的工业以太网数据交换技术，为煤炭提供综合信息平台，实现语音、数据、视频灵活接入，便于矿山井下安全监测、生产自动化、调度电话和工业电视通过一对光纤实现宽带传输。

　　3.2 工业一台网

　　工业一台网是应用工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网兼容（IEEE802.3标准），产品设计时，在材质的选用，产品的强度、适用性、实时性、可操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面满足井下现场的需要。具有应用广泛、通讯速率高（1000M）、成本低廉、资源共享能力强等优势，工业以太网提供了开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的“信息孤岛”情况。

　　3.3 GEPON网络

　　GEPON是一种采用点到多点的网络结构、中间采用无源光分路器和暗光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDMA时分媒体访问控制方式、提供多种业务综合宽带接入技术。一般由OLT（光线路终端）、ONT（光网络单元）和无源光纤分配器等组成。

　　GEPON是地面广泛应用的宽带接入网技术。矿用GEPON系统解决了线路冗余、OLT主机设备冗余和ONU本安化等煤矿应用的关键技术问题，具有以下技术特点：

　　a) 采用以太网传输协议，具有以太网应用的所有优点。TCP/IP协议简单实用，接口丰富，已为广大用户所接受,应用方便；PON技术通信时不会有冲突发生，带宽利用率高。GEPON把PON技术和以太网传输协议相结合，将PON技术和以太网应用的优点集于一身，所有以太网设备都可通过以太网口接入GEPON系统，所有基于TCP/IP协议的软件都可应用于GEPON系统；

　　b) 井下设备非常简单，系统可靠性较高。矿用GEPON系统中最复杂的设备是OLT和冗余控制器，这两个设备数量少（一般只需各一台），且放置在环境条件好的地面。系统中量大面广布置在井下恶劣环境中的设备是分光器和ONT。分光器本身是一个无源设备，故障率极低，由于采用光无源分支技术，单一ONT故障不影响整个系统的运行，而且ONT的功能和组成相对环网交换机和MCTP节点也简单得多。这种系统功能分配和结构组成布置方式使系统具有较高的可靠性，这是GEPON系统应用于煤矿环境的一大优势；

　　c) 井下接入点越多，平均成本越低。由于GEPON系统中量大面广的设备都是相对简单的设备，所以系统规模越大，平均成本越低。按系统接满全部容量计算，矿用GEPON系统的每兆带宽成本是最低的。按系统接入部分容量测算，当井下节点设备（ONT）的数量超过5时，成本低于千兆以太环网，当ONT数量超过10时，成本低于百兆以太环网。由于我们把井下高速光纤网络作为井下高速信息公路来看待，随着煤矿生产规模的扩大和矿井自动化信息化建设的发展，井下接入点的数量肯定会不断增加，所以矿用GEPON的综合成本优势明显。

　　4 结语

　　在煤矿综合信息化建设的井下宽带网络综合传输系统，还需要解决诸多问题，其中重要一个的是同一规范，统一各接入系统的数据接口，在逐步完善共享数据传输通道的技术上，进一步实现对各接入系统、信息子单元的数据共享、集中控制，才能更好为煤矿安全生产服务，创造出安全本质矿井。