劉建強(qiáng)

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦，山西 晉城 048000）

MCTP千兆以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

劉建強(qiáng)

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦，山西 晉城 048000）

本文就晉煤集團(tuán)寺河礦調(diào)度指揮中心，MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)在信息自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用作了詳細(xì)的敘述。寺河礦通過MCTP千兆以太網(wǎng)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了礦山的安全監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度電話和工業(yè)電視等業(yè)務(wù)通過一對(duì)光纖進(jìn)行高實(shí)時(shí)性、高可靠性的寬帶傳輸。

MCTP；以太網(wǎng)；應(yīng)用

0 前言

MCTP千兆以太網(wǎng)技術(shù)將寺河礦已經(jīng)建立的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、洗煤廠DCS監(jiān)控系統(tǒng)、礦井地面井下供電系統(tǒng)、風(fēng)井風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、井下膠帶機(jī)系統(tǒng)、綜采工作面三機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、提升機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、井下人員管理系統(tǒng)、井下車輛跟蹤系統(tǒng)、瓦斯抽放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦井頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦井產(chǎn)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等各自獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。該綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)底層控制環(huán)網(wǎng)、各子系統(tǒng)通過控制環(huán)網(wǎng)的接入、調(diào)度指揮中心網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、工業(yè)電視系統(tǒng)和安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)用功能的開發(fā)等。

1 MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用情況

MCTP多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)層次高，安全可靠性強(qiáng)，為寺河礦礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)提供“三網(wǎng)合一”的綜合信息傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了視頻、話音、總線數(shù)據(jù)、和以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的靈活接入。

2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)充分整合了先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)、優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)、視頻監(jiān)控及存儲(chǔ)等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)借鑒了通訊領(lǐng)域的多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新和發(fā)展。系統(tǒng)具備了以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

（1）模塊化的先進(jìn)體系架構(gòu)。工業(yè)光環(huán)網(wǎng)的多通道寬帶綜合接入器采用插板式模塊化組建結(jié)構(gòu)，可根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求和接入信號(hào)的種類、數(shù)量，按需要自己構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使用靈活，擴(kuò)容方便，保護(hù)了用戶的投資；

（2）豐富的接入方式。可混合直接接入各種視頻、語音、數(shù)據(jù)信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，適合多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用要求，為煤礦井下綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)提供“三網(wǎng)合一”綜合信息傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)和視頻等業(yè)務(wù)的靈活接入，系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了礦山的安全監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度電話和工業(yè)電視等業(yè)務(wù)通過一對(duì)光纖進(jìn)行寬帶接入；

（3）超強(qiáng)的接入能力。單臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備最多可接入15路視頻或30路音頻或60路RS232/RS485或60路以太網(wǎng)信號(hào)；

（4）本質(zhì)安全型設(shè)備。MCTP的井下設(shè)備是本質(zhì)安全型設(shè)備，完全滿足煤礦井下惡劣、危險(xiǎn)環(huán)境對(duì)設(shè)備的要求，在井下出現(xiàn)瓦斯超限等異常情況須對(duì)非本安型設(shè)備斷電時(shí)，仍能保證信息的可靠傳輸；

（5）高可靠性的傳輸。通常在實(shí)際應(yīng)用中，需要為高質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)，如調(diào)度語音、實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)、圖像業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)專線等業(yè)務(wù)，根據(jù)不同的帶寬需求分配特定的通道，系統(tǒng)通過隧道技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及可靠性。隧道內(nèi)的信號(hào)傳送完全獨(dú)立于突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的共享通道，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的安全隔離，并提供電信級(jí)的QoS保障。而非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)則能夠在同一傳輸網(wǎng)絡(luò)的共享通道上，通過公平機(jī)制、統(tǒng)計(jì)復(fù)用、優(yōu)先級(jí)控制、流量管理及標(biāo)記處理等手段，在充分利用傳輸帶寬的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)有效的傳輸、接入和交換。系統(tǒng)可供用戶使用的有效帶寬為1000M，為實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)、多通道的高質(zhì)量可靠傳輸提供了帶寬保障；

（6）靈活方便的管理模式。系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的依靠人工進(jìn)行系統(tǒng)管理和維護(hù)的局面，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、和安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)軟件的統(tǒng)一管理。系統(tǒng)支持分級(jí)分域的管理、靈活的用戶權(quán)限管理、故障聯(lián)動(dòng)報(bào)警和GIS地圖功能；

（7）簡(jiǎn)單清晰的安全策略。整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接簡(jiǎn)捷，底層控制網(wǎng)不與任何外部網(wǎng)絡(luò)和輸入設(shè)備連接，只通過單向網(wǎng)閘向調(diào)度指揮網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，可操控性高，內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)分離，有效地遏制了可疑文件的入侵，保障了數(shù)據(jù)安全；

（8）可管理的視頻監(jiān)控。工業(yè)電視監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更為先進(jìn)的、實(shí)用的、人性化的管理手段和管理方法，加強(qiáng)了監(jiān)、管、控的能力，使攝像頭智能識(shí)別分析行為軌跡和運(yùn)動(dòng)方向，并且將多個(gè)攝像頭進(jìn)行聯(lián)動(dòng)觀察，將攝像頭與GIS信息聯(lián)動(dòng)，快速判斷除事件發(fā)生位置和周邊環(huán)境情況，為決策者提供有力的真實(shí)數(shù)據(jù)支撐。還可以為本地部門提供現(xiàn)場(chǎng)指揮視頻內(nèi)容，而且還可以通過網(wǎng)絡(luò)傳送到晉煤集團(tuán)的調(diào)度室中，讓總決策者遠(yuǎn)程觀察、控制視頻內(nèi)容，為保障人員生命和降低財(cái)產(chǎn)損失提供了快速?zèng)Q策制定和實(shí)施方案提供有力的依據(jù)。

3 MCTP環(huán)網(wǎng)在寺河礦東井區(qū)應(yīng)用實(shí)踐情況

3.1 Mctp環(huán)網(wǎng)站點(diǎn)介紹

一塊主板，可配置15塊板；告警類型有A口告警，B口告警，和AB口告警。如果AB口告警，表示此時(shí)該站點(diǎn)沒有連接到光環(huán)網(wǎng)。Run燈綠色，表示該板運(yùn)行正常，和OTM（GOEM）通訊正常。如果為紅燈，表示該板與OTM（GOEM）通訊故障或該板告警。每一單板類型均標(biāo)注在板位示意圖底部，下邊的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其所在的板位號(hào)。

3.2 寺河礦東井區(qū)MCTP環(huán)網(wǎng)設(shè)備組成

（1）硬件設(shè)備。1）在井下東區(qū)：安裝10套KJJ50（B）（環(huán)網(wǎng)光接口主模塊+總線底板+模塊機(jī)架+本安機(jī)箱）井下現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，ESWO四口以太網(wǎng)光接口模塊；（DSMi+LC）四路本安數(shù)據(jù)模塊；（VENi+VP）單路本安視頻編碼模塊；（SK2i+LC）四路本安音頻模塊；2）在地面工業(yè)廣場(chǎng)：安裝4套MCTP-M/D多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器（環(huán)網(wǎng)光接口主模塊+總線底板+模塊機(jī)架+機(jī)箱），ESWEg四口以太網(wǎng)電接口模塊；（DSMg+LC）四路數(shù)據(jù)模塊；（VENg+VP）單路視頻編碼模塊；（SK2g+LC）四路音頻模塊；3）在調(diào)度指揮中心機(jī)房：安裝7套MCTP-M多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器（環(huán)網(wǎng)光接口主模塊+總線底板+模塊機(jī)框）；ESWE四口以太網(wǎng)電接口模塊；（DSM+LC）四路數(shù)據(jù)模塊；（VDE+VP）單路視頻解碼模塊；（SLC-LC（4））四路音頻模塊；MCTP-POW（MCTP-POW電源箱）；WS-C3750G-48TS-E思科3750交換機(jī)；WS-C3560G-24TS-S思科3560交換機(jī)；思科500交換機(jī)；天御6000安全產(chǎn)品網(wǎng)閘；LTFW-504Q防火墻，服務(wù)器、磁盤陣列等。

現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備接入的供電電源，供電電壓等級(jí)：井下交流660V、地面交流220V。

（2）軟件設(shè)備。網(wǎng)管軟件：MCTP網(wǎng)元管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)體中文、英文2000/XP/2003，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

Microsoft Of fi ce Access，奔騰1GHz以上，內(nèi)存512M，硬盤空間20G。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)WEB發(fā)布軟件Pro fi cy portal 3.0；大型工業(yè)數(shù)據(jù)庫KingRDB支持100000點(diǎn)；SQL Server 2005；瑞星殺毒軟件企業(yè)版。

3.3 視頻數(shù)據(jù)的傳輸

4 MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)主要存在的問題

（1）如果環(huán)網(wǎng)中4根光纖被同時(shí)撞斷將直接導(dǎo)致所有系統(tǒng)受影響，直接導(dǎo)致所有接入環(huán)網(wǎng)的系統(tǒng)癱瘓。

（2）如果mctp柜上的goem主板或電源故障，將導(dǎo)致整個(gè)柜子上的業(yè)務(wù)板不能正常工作。北京陽光金力已在第三代環(huán)網(wǎng)上增加了雙電源切換功能，從根本上杜絕了電源故障。

5 應(yīng)用情況

（1）采用MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)后，提高了礦井的自動(dòng)化水平。各子系統(tǒng)的接口根據(jù)接口類型直接與MCTP礦用本安型多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器的以太網(wǎng)口、RS485數(shù)據(jù)口、音頻接口、視頻接口等進(jìn)行連接，綜合接入器的傳輸模式是隧道形式、透明傳輸，不與其它系統(tǒng)產(chǎn)生沖突問題，根本上避免了帶寬擠占和數(shù)據(jù)風(fēng)暴。保證了傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性。通過光纖傳輸，不受礦井環(huán)境惡劣、電磁干擾嚴(yán)重的影響，保證話音和圖象質(zhì)量，徹底根除雷電對(duì)井下環(huán)境安全的影響。

（2）采用MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)后，降低了通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓收下?。井下各個(gè)子系統(tǒng)不需要分別布線，只需將視頻、音頻、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳到井下MCTP柜中，然后通過光纖統(tǒng)一傳到地面機(jī)房，再解碼即可。大大減少了井下線路的使用量。

（3）采用MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)后，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，工業(yè)電視畫面更加清晰。光纖傳輸速率快。

（4）采用MCTP千兆以太網(wǎng)平臺(tái)后，故障診斷快速準(zhǔn)確。MCTP網(wǎng)管系統(tǒng)管理界面友好，操作方便，減少了操作員的維護(hù)工作。能夠提供系統(tǒng)全面的測(cè)試功能和故障功能，能幫助管理人員迅速的判斷出故障所在的位置，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)復(fù)雜度。對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的狀態(tài)、各個(gè)板位的狀態(tài)甚至每個(gè)端口的狀態(tài)進(jìn)行查詢。還有對(duì)各個(gè)網(wǎng)元的測(cè)試，以確定哪一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)故障。記錄系統(tǒng)中每一個(gè)站點(diǎn)的故障信息及其恢復(fù)情況，可對(duì)已發(fā)生的各種故障進(jìn)行靈活查詢。

6 結(jié)論及建議

MCTP千兆以太網(wǎng)技術(shù)在寺河礦的實(shí)踐應(yīng)用，是我們?cè)诘V井面對(duì)越來越復(fù)雜的地質(zhì)條件和惡劣環(huán)境下，建立起來的先進(jìn)的信息自動(dòng)化平臺(tái)，它進(jìn)一步完善了礦井的安全監(jiān)控系統(tǒng)，為我礦打造本質(zhì)安全型礦井提供了重要的技術(shù)支撐。

劉建強(qiáng)（1985—），男，山西晉城人，助理工程師，2007年畢業(yè)于山西財(cái)政稅務(wù)?？茖W(xué)校。