王清和，項(xiàng)光輝，李文靜，王 茜

（1.江西省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所，江西 南昌330029；2.江西省礦山安全工程技術(shù)研究中心，江西 南昌330029）

礦山安全“六大系統(tǒng)”中的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)由于礦山安全規(guī)程對(duì)上述設(shè)施要求是在逐步完善，故在現(xiàn)場在建設(shè)時(shí)間上亦有先后，造成了三套系統(tǒng)的獨(dú)立建設(shè)，在技術(shù)上形成了不盡合理的局面，導(dǎo)致了資源得不到合理利用，給三網(wǎng)的維護(hù)造成了困難，使井下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜化。為了簡化井下三網(wǎng)建設(shè)，合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，將三網(wǎng)合而為一是十分必要的。特別是對(duì)起步較晚的非煤礦山建設(shè)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的三網(wǎng)合一的井下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分適宜的。現(xiàn)有獨(dú)立建設(shè)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)，需要在每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)自鋪設(shè)一條通信電纜到井下巷道中去，這樣既不利于管理又重復(fù)鋪設(shè)了電纜，而采用三網(wǎng)合一的系統(tǒng)，將只需一條光纜直接布置到井下，這既節(jié)省了電纜，又大大提高了防雷等安全的性能，有效利用了網(wǎng)絡(luò)資源。

1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)三網(wǎng)合一的實(shí)現(xiàn)方法

三網(wǎng)合一的實(shí)現(xiàn)方法：地面監(jiān)控機(jī)房與井底車場、井下變電所等主要場所建設(shè)多臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，通過通信光纖將所有環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成一個(gè)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)通過串口服務(wù)器接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將井下的監(jiān)控分站數(shù)據(jù)上傳到地面監(jiān)控機(jī)房；監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的視頻監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)從而把井下視頻信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控機(jī)房；通訊聯(lián)絡(luò)的有線通訊系統(tǒng)通過語音網(wǎng)關(guān)接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)從而實(shí)現(xiàn)井底電話與地面監(jiān)控機(jī)房的通信，無線通訊通過無線AP接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)從而實(shí)現(xiàn)井下電話與地面監(jiān)控機(jī)房的通信。三網(wǎng)合一的核心是組建工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，其原理見圖1。

圖1 三網(wǎng)合一的系統(tǒng)

2 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)

工業(yè)環(huán)網(wǎng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）鏈路自動(dòng)冗余備份。在工業(yè)環(huán)網(wǎng)中，它能自動(dòng)冗余備份，能自動(dòng)協(xié)商到達(dá)最近節(jié)點(diǎn)的路徑，如果一處線路損壞，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲匦屡渲茫_(dá)到正常網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)只需300毫秒。

2）較長的傳輸距離。環(huán)型結(jié)構(gòu)采用光纖介質(zhì)類型，在傳輸中有低損耗的特性，使得傳輸線路的無中繼傳輸距離變長，相鄰站之間最大長度多模光纖可達(dá)2km，單模光纖可達(dá)40～60km，最大覆蓋范圍為100km。

3）具有較大的帶寬。環(huán)網(wǎng)傳輸帶寬可以為100Mbps、1000Mbps，同時(shí)采用新的多數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)在重負(fù)荷情況下，仍能保持很高的帶寬。

3 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以太環(huán)網(wǎng)的接入

3.1 安全監(jiān)控系統(tǒng)的接入

傳統(tǒng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如下：瓦斯、一氧化碳、氧氣等傳感器通過通信電纜連接監(jiān)控分站（多臺(tái)監(jiān)控分站可以通過通信電纜并聯(lián)起來），監(jiān)控分站通過通信電纜連接信息傳輸接口，信息傳輸接口通過串口線連接監(jiān)控機(jī)房安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)。在上面的工作模式中安全監(jiān)控系統(tǒng)是無法接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)要想接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)有兩種辦法：① 通過光纖接入；② 通過網(wǎng)線接入。通過光線接入的方式在現(xiàn)有的技術(shù)條件下不容易實(shí)現(xiàn)，因此不能采用光纖的方式將安全監(jiān)控系統(tǒng)接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。采用網(wǎng)線的方式將安全監(jiān)控系統(tǒng)接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)的方式卻很容易實(shí)現(xiàn)。在這里需要解決的一個(gè)問題是如何把傳統(tǒng)的485／232信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)？針對(duì)這個(gè)問題必須使用一種信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備來解決這個(gè)問題，串口服務(wù)器就是為了解決這個(gè)問題而設(shè)計(jì)出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。串口服務(wù)器提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，串口服務(wù)器能夠?qū)S－232／485／422串口轉(zhuǎn)換成TCP／IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS－232／485／422串 口與TCP／IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。使得串口設(shè)備能夠立即具備TCP／IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，極大的擴(kuò)展串口設(shè)備的通信距離。利用串口服務(wù)器接入以太環(huán)網(wǎng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如下：瓦斯、CO、氧氣等傳感器通過通信電纜連接監(jiān)控分站（多臺(tái)監(jiān)控分站可以通過通信電纜并聯(lián)起來），監(jiān)控分站通過通信電纜連接串口服務(wù)器，串口服務(wù)器通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控機(jī)房安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來收／發(fā)監(jiān)控分站的通訊信號(hào)。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接入

在傳輸距離比較長的情況下，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如下：多臺(tái)攝像頭通過視頻信號(hào)線連接多路的視頻光端機(jī)的發(fā)射機(jī)，視頻光端機(jī)的發(fā)射機(jī)通過光纖連接視頻光端機(jī)的接收機(jī)（發(fā)射機(jī)和接收機(jī)必須配對(duì)使用），接收機(jī)通過視頻信號(hào)線連接到硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)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(jiān)控也無法接入以太環(huán)網(wǎng)。雖然在上面的工作模式中利用了光纖，但是現(xiàn)有的設(shè)備沒有辦法直接從光纖中獲取視頻信號(hào)，因此必須將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)才能將視頻信號(hào)接入以太環(huán)網(wǎng)。在這里可以使用視頻服務(wù)器來解決這一問題。通過視頻服務(wù)器可以很方便的接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)從而接入環(huán)網(wǎng)。使用視頻服務(wù)器接入以太網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如下：多臺(tái)攝像頭通過視頻信號(hào)線連接到視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器通過網(wǎng)線連接到環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控機(jī)房視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)線接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來接收攝像機(jī)的視頻信號(hào)并通過顯示器來顯示視頻畫面。

4 人員定位系統(tǒng)以太環(huán)網(wǎng)的接入

傳統(tǒng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如下：人員識(shí)別卡與讀卡分站通過無線網(wǎng)絡(luò)通信，讀卡分站通過通信電纜連接定位分站（多臺(tái)定位分站可以通過通信電纜并聯(lián)起來），定位分站通過通信電纜連接信息傳輸接口，信息傳輸接口通過串口線連接監(jiān)控機(jī)房人員定位系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)。人員定位系統(tǒng)接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)的解決辦法也是使用串口服務(wù)器，通過串口服務(wù)器將485信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，然后串口服務(wù)器通過網(wǎng)線接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)即可。通過串口服務(wù)器接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)的人員定位系統(tǒng)的工作模式如下：人員識(shí)別卡與讀卡分站通過無線網(wǎng)絡(luò)通信，讀卡分站通過通信電纜連接定位分站（多臺(tái)定位分站可以通過通信電纜并聯(lián)起來），定位分站通過通信電纜連接串口服務(wù)器，串口服務(wù)器通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控機(jī)房人員定位系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來收／發(fā)定位分站的通訊信號(hào)。

5 通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)以太環(huán)網(wǎng)的接入

通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)包括有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)和無線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)?！督饘俜墙饘俚叵碌V山通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》（AQ2036－2011）中要求：金屬非金屬地下礦山應(yīng)根據(jù)安全避險(xiǎn)的實(shí)際需要，建設(shè)完善有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)；宜建設(shè)無線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，作為有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的補(bǔ)充。因此，通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)接入以太環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)就包括兩部分內(nèi)容：有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的接入和無線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的接入。

5.1 有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的接入

傳統(tǒng)的煤礦通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的工作模式如下：井下防爆電話和地面辦公電話通過大對(duì)數(shù)通信線纜連接數(shù)字程控調(diào)度交換機(jī)，數(shù)字程控調(diào)度交換機(jī)通過網(wǎng)線連接調(diào)度室操作平臺(tái)。在這種模式下，地面數(shù)字程控調(diào)度交換機(jī)與井下防爆電話直接是通過大對(duì)數(shù)電話線進(jìn)行通信，整個(gè)通信系統(tǒng)沒有接入光纖以太環(huán)網(wǎng)，沒有充分利用主通信光纜作為骨干網(wǎng)高速傳輸?shù)淖饔?。針?duì)這一問題，可以在系統(tǒng)中使用語音網(wǎng)關(guān)來解決。語音網(wǎng)關(guān)類似于普通的電腦交換機(jī)，它具備路由器和交換機(jī)的功能，后者的作用是將網(wǎng)絡(luò)資源輸出給多臺(tái)電腦，而前者則是用來連接電話機(jī)用的，它可以將您家里或辦公室里面的電話機(jī)、傳真機(jī)或PBX與上網(wǎng)設(shè)備連接，也就是將公用電話交換網(wǎng)PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)通過Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通話的功能。使用語音網(wǎng)關(guān)接入光纖以太環(huán)網(wǎng)的工作模式如下：井下防爆電話和地面辦公電話通過通信電纜連接語音網(wǎng)關(guān)，語音網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，數(shù)字程控調(diào)度交換機(jī)和調(diào)度平臺(tái)通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，數(shù)字程控調(diào)度交換機(jī)和調(diào)度平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來與井下防爆電話和地面辦公電話保持通信。

5.2 無線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的接入

現(xiàn)階段國內(nèi)煤礦無線通信系統(tǒng)主要為：“小靈通”無 線通信系統(tǒng)；WIFI礦用寬帶通信系統(tǒng)；礦用CDMA礦用通信系統(tǒng)這三大類〔1〕。綜合考慮到礦用無線通信系統(tǒng)在技術(shù)先進(jìn)性、可操作性、可靠性、實(shí)用性等方面要求，采用WIFI無線通信系統(tǒng)來接入以太環(huán)網(wǎng)。

WIFI無線通信系統(tǒng)的工作模式如下：礦用本安WIFI手機(jī)與礦用本安無線基站通過WIFI網(wǎng)絡(luò)通信，礦用本安無線基站通過網(wǎng)線接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控機(jī)房通信調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度主機(jī)通過網(wǎng)線連接環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，數(shù)字調(diào)度主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來保持與礦用本安WIFI手機(jī)之間的通信。

6 結(jié)語

根據(jù)礦山的實(shí)際情況，在進(jìn)行三網(wǎng)合一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)時(shí)必須與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投人生產(chǎn)和使用。在這種情況下非常適合使用以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)將監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)有效的融合在一起，實(shí)現(xiàn)礦山“六大系統(tǒng)”建設(shè)的三網(wǎng)合一，這樣既為企業(yè)節(jié)省鋪設(shè)多條通信線纜的費(fèi)用，又減少了企業(yè)在后期維護(hù)過程的工作量。從目前的技術(shù)及成本上來看，采用以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的多網(wǎng)合一，是未來數(shù)字化礦山的發(fā)展方向。

〔1〕孫 維 .基于WIFI技術(shù)的礦井無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.煤礦安全，2010（4）.