摘  要：簡單介紹目前我國煤礦企業井下自動化現狀、“信息孤島”現狀、線路重復建設問題。通過對比分析了煤礦在建設井下寬帶網絡傳輸系統的三種實現方式，對安徽界溝礦業有限公司建設適用的井下寬帶網絡進行了可行性分析。

　　關鍵字：煤礦信息化；MCTP；工業以太網；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

　　中圖分類號： F407.21   文獻標識碼： A   文章編號： 2095-0802-(2011)11-0095-02

　　1 煤礦信息化概述：

　　能源工業是我們國家經濟發展的命脈，工業的糧食，其行業的重要性和不可替代性也日益凸現。煤炭工業的發展的快慢，直接影響到國計民生。煤炭不僅是我國的基本燃料，而且是重要的工業原料。

　　隨著國家煤炭行業體制改革的不斷深化、現代信息技術的飛速發展，煤炭管理信息化將為煤炭工業的可持續發展提供良好的條件；煤炭行業的信息化建設成為煤炭行業發展的必然趨勢。

　　我國煤礦信息化的現狀上世紀，我國煤炭企業采用的多是粗放式的經營，科學管理基礎條件差，信息化意識落后，信息化建設方面人才匱乏，這都在一定程度上限制企業管理信息化的開展。但進入本世紀以來，煤炭企業對信息化建設的投入在逐步增加，信息化意識也逐漸增強，企業管理水平也逐步提高。信息化程度是伴隨著企業生產的需求而逐步提高的。但目前我國煤炭行業信息化整體水平不高，煤礦安全事故不斷發生，其中的一個重要原因是煤礦企業安全生產信息手段落后，礦井安全監測、監控體系不健全。前幾年我國煤礦的建設重點是煤礦數字化瓦斯遠程監控系統、井下人員考勤定位遠程管理系統及煤礦安全生產管理信息化系統零散子系統；而近幾年則以煤礦綜合自動化系統為主體的系統集成工程，主要涉及工業以太網搭建的工業控制網絡、企業信息化網絡，以工業組態軟件為基礎的綜合自動化信息集成平臺，將各分散的生產過程控制系統、安全監控系統集中一個平臺管理，初步實現安全、生產遠程監測。

　　隨著我國煤炭事業的發展及安全形勢的要求，利益信息技術建設、改造傳統的煤炭行業，已受到我國政府的高度重視，信息化、數字化礦井的建設，國務院《關于進一步加強企業安全生產的通知》、國家安全生產監督管理總局國家煤礦監察局《關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”》明確了“監測監控、人員定位、通訊聯絡、緊急避險、壓風自救、供水施救”六大安全避險系統，迫切要求煤礦企業高產高效，對生產過程監測監控、礦井安全環境監測、生產過程信息化綜合利用等方面的網絡化、自動化、智能化提出了更高的要求。由此看來，煤礦企業必須依靠先進的企業文化和企業管理理念，采用多種現代化信息與自動化技術，建立健全礦井監測、控制、管理一體化、基于網絡的大型開放式分布控制系統，取代傳統的煤礦生產運行方式，形成礦井生產各個環節的過程控制自動化、生產綜合調度指揮，保障煤礦安全高效集中生產，達到低成本、高效率的目標，提高煤礦企業整體安全生產水平。

　　界溝煤礦雖然各個系統達到了安全生產的要求，但是從效率上，各個系統基本以封閉狀態運行，形成了多個系統信息孤島，雖然有了局域網，辦公條件得到了改善，但是自動化效率很低、沒有實現高效率的辦公自動化。各個系統各自為政，相互兼容性成為信息化礦井的瓶頸問題。隨著安全形勢及礦井發展的需要，界溝煤礦增加的子系統會越來越多，各子系統在井下巷道中重復布置線纜情況日益突出，不僅增加了資金的投入、加大了系統的維護工作量，影響了安全標準化的進程，也既不利于礦井安全生產的需要。解決這些問題，需要在煤礦建設統一的井下多信息寬帶網絡傳輸平臺。

　　目前在煤礦企業成熟利用的光纖工業以太環網主要有GPON、MCTP及工業以太網交換機等三種技術方式。井下工業環網改變了傳統分散式為集中式，各系統不需要在大巷內重復布線，克服了主干通訊電纜、信號電纜、廣播電纜、控制電纜受到大巷內大型機電設備、高壓動力電纜和復雜環境巷道數據傳輸干擾，避免了各設備安全監控子系統公共干路由于重復建設且容易形成的“信息孤島”。在中央采區變電所、東翼采區變電所、7182采區變電所、-354變電所用光纖傳輸介質形成工業控制網絡環，各子系統利用先進的IP地址進行高效管理各個子系統單元，建立基于工業以太網的工業信號寬帶數據傳輸，目標是將井下的全部實時瓦斯監測、動力監測、設備監測、人員監測、視頻圖像系統、電話音頻系統，統一通過“視頻網、音頻網、數據網”三網合一模式網絡進行可靠的傳輸。

　　2 應用可行性分析

　　安徽界溝礦業有限公司界溝煤礦在中央10采區1010工作面、東翼采區7222工作面已實現了綜合機械化采煤工藝，使得煤炭資源的回收率大幅提高，在井下作業的采掘工作面基本使用了服務于安全生產的各個信息監測系統。KJ70N安全監測監控系統用來監控和預警瓦斯、火、沖擊地壓等特大事故監測和預警，也是防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出預警的重要參數。KJ128A人員定位系統在遏制超定員生產、防止人員進入危險區域、事故應急救援、領導下井帶班管理、特種作業人員管理發揮重要作用。KJT7礦井通訊系統是煤礦安全生產調度、安全避險和應急救援的重要工具。KJ32A工業電視系統作為生產調度的“眼睛”及時了解井下實時生產情況。KJ30瓦斯抽放系統為防止瓦斯抽排治理提供了依據，為煤和瓦斯突出預警提供了保障。規劃建設中的礦井通訊廣播系統和井下緊急避險系統，為安全預警、緊急救援和礦工生命安全提供了更加有力的保證。

　　綜合三種組網比較，從組網方式，主干傳輸方式、冗余切換時間、網絡構架、組網及保護方式、與企業網兼容性等方面綜合考慮，界溝煤礦使用GEPON網絡具備諸多性能和優點：

　　a) GEPON網絡采用一根光纖實現了多路工業電視信號、安全監測系統信號、生產監控系統信號、調度通訊信號的同時傳輸，節約了大量的資金投入；

　　b) GEPON采用下行廣播、上行TDM通訊方式，每臺網絡終端ONT動態分配的流量可以保證各個子單元數據信息交換的時效性及傳輸質量；

　　c) GEPON網絡具有雙總線、環線兩種冗余方式，保證了系統的可靠性，增加了系統組網的靈活性；

　　d) OLT的1000M以太網接口，可以連接多臺ONT設備，每臺ONT設備有多個100M以太網口接入；

　　e) GEPON采用無光源分支技術，單一ONT故障不影響整個系統的運行，防暴性能優，抗干擾能力強，運行穩定；

　　f) 1 000 M無源網絡以樹狀的網絡結構與煤礦巷道的樹狀分布匹配適應。

　　3 MCTP、GEPON、工業以太網系統對比情況

　　3.1 MCTP(綜合傳輸系統平臺)網絡

　　MCTP為光纖多通道傳輸平臺，采用成熟的光纖傳輸技術，結合優化的工業以太網數據交換技術，為煤炭提供綜合信息平臺，實現語音、數據、視頻靈活接入，便于礦山井下安全監測、生產自動化、調度電話和工業電視通過一對光纖實現寬帶傳輸。

　　3.2 工業一臺網

　　工業一臺網是應用工業控制領域的以太網技術，在技術上與商用以太網兼容（IEEE802.3標準），產品設計時，在材質的選用，產品的強度、適用性、實時性、可操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面滿足井下現場的需要。具有應用廣泛、通訊速率高（1000M）、成本低廉、資源共享能力強等優勢，工業以太網提供了開放的標準，是企業從現場控制到管理層實現全面無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“信息孤島”情況。

　　3.3 GEPON網絡

　　GEPON是一種采用點到多點的網絡結構、中間采用無源光分路器和暗光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺和TDMA時分媒體訪問控制方式、提供多種業務綜合寬帶接入技術。一般由OLT（光線路終端）、ONT（光網絡單元）和無源光纖分配器等組成。

　　GEPON是地面廣泛應用的寬帶接入網技術。礦用GEPON系統解決了線路冗余、OLT主機設備冗余和ONU本安化等煤礦應用的關鍵技術問題，具有以下技術特點：

　　a) 采用以太網傳輸協議，具有以太網應用的所有優點。TCP/IP協議簡單實用，接口豐富，已為廣大用戶所接受,應用方便；PON技術通信時不會有沖突發生，帶寬利用率高。GEPON把PON技術和以太網傳輸協議相結合，將PON技術和以太網應用的優點集于一身，所有以太網設備都可通過以太網口接入GEPON系統，所有基于TCP/IP協議的軟件都可應用于GEPON系統；

　　b) 井下設備非常簡單，系統可靠性較高。礦用GEPON系統中最復雜的設備是OLT和冗余控制器，這兩個設備數量少（一般只需各一臺），且放置在環境條件好的地面。系統中量大面廣布置在井下惡劣環境中的設備是分光器和ONT。分光器本身是一個無源設備，故障率極低，由于采用光無源分支技術，單一ONT故障不影響整個系統的運行，而且ONT的功能和組成相對環網交換機和MCTP節點也簡單得多。這種系統功能分配和結構組成布置方式使系統具有較高的可靠性，這是GEPON系統應用于煤礦環境的一大優勢；

　　c) 井下接入點越多，平均成本越低。由于GEPON系統中量大面廣的設備都是相對簡單的設備，所以系統規模越大，平均成本越低。按系統接滿全部容量計算，礦用GEPON系統的每兆帶寬成本是最低的。按系統接入部分容量測算，當井下節點設備（ONT）的數量超過5時，成本低于千兆以太環網，當ONT數量超過10時，成本低于百兆以太環網。由于我們把井下高速光纖網絡作為井下高速信息公路來看待，隨著煤礦生產規模的擴大和礦井自動化信息化建設的發展，井下接入點的數量肯定會不斷增加，所以礦用GEPON的綜合成本優勢明顯。

　　4 結語

　　在煤礦綜合信息化建設的井下寬帶網絡綜合傳輸系統，還需要解決諸多問題，其中重要一個的是同一規范，統一各接入系統的數據接口，在逐步完善共享數據傳輸通道的技術上，進一步實現對各接入系統、信息子單元的數據共享、集中控制，才能更好為煤礦安全生產服務，創造出安全本質礦井。