罗河铁矿三大系统网络技术浅析

罗河铁矿三大系统网络技术浅析

作者：田甜

（工作单位：安徽马钢罗河矿业有限责任公司 生产技术部）

摘 要

本文简要介绍了罗河铁矿三大系统的网络结构和应用的网络技术。罗河铁矿采用工业以太环网、串口服务器、语音网关来实现监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统三网合一的方案，使用通信光缆作为三网合一的骨干传输网络，有效地将监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统有机的融合在一起，实现三网合一的井下网络系统。

关键词

工业光纤以太环网、三网合一、电信级接入网光缆传输系统、ip网络摄像机、串口服务器、GRRU、VoIP( Voice over IP)。

前 言

建设矿山安全避险“六大系统”是安全发展理念在矿山企业生产上的重要体现，是坚持预防为主，有效降低事故危害程度、防范遏制重特大事故的综合治理措施，是建设坚实的矿山安全技术保障体系的重要内容。为保证矿山安全、高效运行生产，信息传输至关重要，如何快速、及时准确地处理信息，指导矿山安全生产是矿山信息化工作的核心和方向。罗河铁矿2014年建成了井下安全避险六大系统，顺利通过了国家安全验收。六大系统中的人员定位、通讯联络、监测监控三大系统将矿山井下信息化水平提高到一个新的高度。建成后的三大系统实现了三网合一，在三网合一的三大系统中我们应用了一些组网思路和光纤技术，如采用了在当下先进的IP语音交换技术等。在这里介绍下罗河铁矿三大系统中这些技术的应用。

一、建设三网合一的优点

单独建设监测监控系统、人员定位系统、通信联络三大系统，需要为每个系统单独铺设一条通信电缆到井下巷道中去，既大大增加了成本又不利于后期维护。为了简化井下三网建设，合理利用网络资源，将三网合一是十分必要的。采用三网合一的系统，仅需布置一条光缆到井下，既节省了成本，又大大提高通信安全性，更为有效地利用了网络资源。工业光纤以太环网具有传输距离长、承载带宽大、链路自动冗余备份的特点，采用的光纤介质，在传输中有低损耗的特性，无中继传输距离长，相邻站之间最大长度多模光纤可达2ｋｍ，单模光纤可达40~60ｋｍ。环网能自动冗余备份，能自动协商到达最近节点的路径，如果一处线路损坏，网络拓扑重新配置，达到正常网络状态只需300毫秒。

二、监测监控系统、人员定位系统、通讯联络系统三网合一的实现方法

井下光缆传输系统光缆总长度30多公里，覆盖副井调度室、变电所控制室、办公楼以及井下-455m、-545 m和-560 m三个水平。建成主干光交ODF箱4台、覆盖各条巷道光纤配线箱98台。为实现三网合一，矿山信息化、自动化奠定了全面的光纤传输基础。地面监控机房与井底信号房、井下变电所、井下避难硐室等主要场所架设多台环网交换机，通过通信光纤将所有环网交换机组成一个工业以太环网。安全监控系统通过串口服务器接入环网交换机将井下的监控分站数据上传到地面监控机房；视频监控系统通过网络硬盘录像机接入环网交换机从而把井下数字网络摄像机的视频信号传输到监控机房；通讯联络的有线通讯系统通过语音网关接入环网交换机从而实现井底电话与地面监控机房的通信。

罗河铁矿人员定位、通信联络、监测监控三网合一系统图

三、三网合一网络技术的应用

1、安全监控系统

安全监控系统通过串口服务器接入环网交换机将井下的监控分站数据上传到地面监控机房。串口服务器能够将ＲＳ－232／485／422串口转换成TCP/IP网络接口，实现ＲＳ－232／485／422串 口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。利用串口服务器接入以太环网的安全监控系统的工作模式如下：二氧化硫、硫化氢、风速、开停等传感器通过485通信电缆连接监控分站（多台监控分站可以通过通信电缆并联起来），监控分站通过通信电缆连接串口服务器，串口服务器通过网线连接环网交换机，监控机房安全监控系统的监控服务器通过网线连接环网交换机，监控服务器通过网络信号来收发监控分站的通讯信号。

传统视频监控系统的工作模式是将多台摄像头通过视频信号线连接多路的视频光端机的发射机，视频光端机的发射机通过光纤连接视频光端机的接收机（发射机和接收机必须配对使用），接收机通过视频信号线连接到硬盘录像机，硬盘录像机通过VGA连接线连接显示器来显示视频画面。在上面的工作模式中，视频监控也无法接入以太环网。虽然在上面的工作模式中利用了光纤，但是现有的设备没有办法直接从光纤中获取视频信号，因此必须将视频信号转换成网络信号才能将视频信号接入以太环网。随着网络监控技术的发展，我们直接采用网络IP摄像机，将井下布置的网络摄像机利用光电转换器通过光纤传输信号就近接入井下环网交换机，通过工业环网上联至监控机房的两台NVR（数字硬盘录像机）。每台网络摄像机都配置自己的IP地址，在同一个网段里NVR就可以访问读取这些网络摄像机的视频信号。维护管理人员可以通过这些唯一的IP地址管理维护这些网络摄像机。

2、人员定位系统

人员定位系统采用的人员定位分站能够提供RS485、RJ45、光信号三种数据传输模块。人员定位分站与人员定位读卡器之间通过RS485通信，分站与分站之间通过光纤环网分组并联，人员定位分站通过网线上联至环网交换机。人员定位分站设备加装有三个光口两个电口，可以视作井下环网交换机的补充。这样设计合理的利用光纤环网的资源，扩展了工业环网交换机的接入范围，实现了井下-560传输水平，-545通风水平，-540工作水平的精确到每条巷道的定位。极大的简便了井下各种网络设备的接入和人员定位分站的布放。

4、通讯联络系统

通讯联络系统包括有线通信联络系统和无线通信联络系统。《金属非金属地下矿山通信联络系统建设规范》（ＡＱ２０３６－２０１１）中要求：金属非金属地下矿山应根据安全避险的实际需要，建设完善有线通信联络系统；罗河铁矿有线通信联络系统利用工业环网应用了VOIP技术。VoIP技术是一种可在 IP 网络上互传模拟音讯或视讯的技术，由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，将语音数据在 IP 网络上传输到目的地，然后再经相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。VoIP 在通信联络系统中应用，主要通过井下重点部位设置固定电话，电话线就近接入井下传输分站中的IP语音网关，通过语音网关把模拟语音信号进行数字编码，语音网关用网线接入工业环网，使之能和监测监控、人员定位系统在同一个网络平台中融合，实现其功能。这种架构的有线通讯比传统的PSTN公共电话交换网络技术在线路架设和维护工作上要省时省力的多，更可以随着巷道的掘进和变化就近进行电话的扩容和铺设。作为有线通信联络系统的补充，罗河矿无线通讯系统直接利用光纤网络在井下敷设了移动GSM手机信号。通过和中国移动的合作，在各水平共架设的17台GRRU（数字光纤信号直放站），利用建设好的光纤工业环网接入移动GSM基站，井下通过敷设泄露电缆加定向天线的方式实现移动手机信号80%的覆盖率。

VOIP语音调度界面和配置

井下无线通讯系统—中国移动GSM室内分布光纤直放站

工业环网传输分站、语音广播、电话

结 语

从当前的技术条件上来看，采用以太环网技术实现监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统的多网合一，是矿山信息化、自动化的发展的方向。在建设过程中根据矿山的实际情况，用以太环网技术将监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统有效的融合在一起，合理布置、统筹施工，既减少了企业的投资，又减轻了企业在后期维护过程的工作量。