羅河鐵礦三大系統網路技術淺析
作者：田甜
（工作單位：安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司 生產技術部）
摘 要
本文簡要介紹了羅河鐵礦三大系統的網路結構和應用的網路技術。羅河鐵礦採用工業以太環網、串列埠服務器、語音閘道器來實現監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統三網合一的方案，使用通訊光纜作為三網合一的骨幹傳輸網路，有效地將監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統有機的融合在一起，實現三網合一的井下網路系統。
關鍵詞
工業光纖以太環網、三網合一、電信級接入網光纜傳輸系統、ip網路攝像機、串列埠伺服器、GRRU、VoIP( Voice over IP)。
前 言
建設礦山安全避險“六大系統”是安全發展理念在礦山企業生產上的重要體現，是堅持預防為主，有效降低事故危害程度、防範遏制重特大事故的綜合治理措施，是建設堅實的礦山安全技術保障體系的重要內容。為保證礦山安全、高效執行生產，資訊傳輸至關重要，如何快速、及時準確地處理資訊，指導礦山安全生產是礦山資訊化工作的核心和方向。羅河鐵礦2014年建成了井下安全避險六大系統，順利通過了國家安全驗收。六大系統中的人員定位、通訊聯絡、監測監控三大系統將礦山井下資訊化水平提高到一個新的高度。建成後的三大系統實現了三網合一，在三網合一的三大系統中我們應用了一些組網思路和光纖技術，如採用了在當下先進的IP語音交換技術等。在這裡介紹下羅河鐵礦三大系統中這些技術的應用。
一、建設三網合一的優點
單獨建設監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡三大系統，需要為每個系統單獨鋪設一條通訊電纜到井下巷道中去，既大大增加了成本又不利於後期維護。為了簡化井下三網建設，合理利用網路資源，將三網合一是十分必要的。採用三網合一的系統，僅需佈置一條光纜到井下，既節省了成本，又大大提高通訊安全性，更為有效地利用了網路資源。工業光纖以太環網具有傳輸距離長、承載頻寬大、鏈路自動冗餘備份的特點，採用的光纖介質，在傳輸中有低損耗的特性，無中繼傳輸距離長，相鄰站之間最大長度多模光纖可達2ｋｍ，單模光纖可達40~60ｋｍ。環網能自動冗餘備份，能自動協商到達最近節點的路徑，如果一處線路損壞，網路拓撲重新配置，達到正常網路狀態只需300毫秒。
二、監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統三網合一的實現方法
井下光纜傳輸系統光纜總長度30多公里，覆蓋副井排程室、變電所控制室、辦公樓以及井下-455m、-545 m和-560 m三個水平。建成主幹光交ODF箱4臺、覆蓋各條巷道光纖配線箱98臺。為實現三網合一，礦山資訊化、自動化奠定了全面的光纖傳輸基礎。地面監控機房與井底訊號房、井下變電所、井下避難硐室等主要場所架設多臺環網交換機，通過通訊光纖將所有環網交換機組成一個工業以太環網。安全監控系統通過串列埠伺服器接入環網交換機將井下的監控分站資料上傳到地面監控機房；視訊監控系統通過網路硬碟錄影機接入環網交換機從而把井下數字網路攝像機的視訊訊號傳輸到監控機房；通訊聯絡的有線通訊系統通過語音閘道器接入環網交換機從而實現井底電話與地面監控機房的通訊。
羅河鐵礦人員定位、通訊聯絡、監測監控三網合一系統圖
三、三網合一網路技術的應用
1、安全監控系統
安全監控系統通過串列埠伺服器接入環網交換機將井下的監控分站資料上傳到地面監控機房。串列埠伺服器能夠將ＲＳ－232／485／422串列埠轉換成TCP/IP網路介面，實現ＲＳ－232／485／422串 口與TCP/IP網路介面的資料雙向透明傳輸。利用串列埠伺服器接入以太環網的安全監控系統的工作模式如下：二氧化硫、硫化氫、風速、開停等感測器通過485通訊電纜連線監控分站（多臺監控分站可以通過通訊電纜並聯起來），監控分站通過通訊電纜連線串列埠伺服器，串列埠伺服器通過網線連線環網交換機，監控機房安全監控系統的監控伺服器通過網線連線環網交換機，監控伺服器通過網路訊號來收發監控分站的通訊訊號。
傳統視訊監控系統的工作模式是將多臺攝像頭通過視訊訊號線連線多路的視訊光端機的發射機，視訊光端機的發射機通過光纖連線視訊光端機的接收機（發射機和接收機必須配對使用），接收機通過視訊訊號線連線到硬碟錄影機，硬碟錄影機通過VGA連線線連線顯示器來顯示視訊畫面。在上面的工作模式中，視訊監控也無法接入以太環網。雖然在上面的工作模式中利用了光纖，但是現有的裝置沒有辦法直接從光纖中獲取視訊訊號，因此必須將視訊訊號轉換成網路訊號才能將視訊訊號接入以太環網。隨著網路監控技術的發展，我們直接採用網路IP攝像機，將井下佈置的網路攝像機利用光電轉換器通過光纖傳輸訊號就近接入井下環網交換機，通過工業環網上聯至監控機房的兩臺NVR（數字硬碟錄影機）。每臺網絡攝像機都配置自己的IP地址，在同一個網段裡NVR就可以訪問讀取這些網路攝像機的視訊訊號。維護管理人員可以通過這些唯一的IP地址管理維護這些網路攝像機。
2、人員定位系統
人員定位系統採用的人員定位分站能夠提供RS485、RJ45、光訊號三種資料傳輸模組。人員定位分站與人員定位讀卡器之間通過RS485通訊，分站與分站之間通過光纖環網分組並聯，人員定位分站通過網線上聯至環網交換機。人員定位分站裝置加裝有三個光口兩個電口，可以視作井下環網交換機的補充。這樣設計合理的利用光纖環網的資源，擴充套件了工業環網交換機的接入範圍，實現了井下-560傳輸水平，-545通風水平，-540工作水平的精確到每條巷道的定位。極大的簡便了井下各種網路裝置的接入和人員定位分站的布放。
4、通訊聯絡系統
通訊聯絡系統包括有線通訊聯絡系統和無線通訊聯絡系統。《金屬非金屬地下礦山通訊聯絡系統建設規範》（ＡＱ２０３６－２０１１）中要求：金屬非金屬地下礦山應根據安全避險的實際需要，建設完善有線通訊聯絡系統；羅河鐵礦有線通訊聯絡系統利用工業環網應用了VOIP技術。VoIP技術是一種可在 IP 網路上互傳模擬音訊或視訊的技術，由一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程式，將語音資料在 IP 網路上傳輸到目的地，然後再經相反的程式，還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。VoIP 在通訊聯絡系統中應用，主要通過井下重點部位設定固定電話，電話線就近接入井下傳輸分站中的IP語音閘道器，通過語音閘道器把模擬語音訊號進行數字編碼，語音閘道器用網線接入工業環網，使之能和監測監控、人員定位系統在同一個網路平臺中融合，實現其功能。這種架構的有線通訊比傳統的PSTN公共電話交換網路技術線上路架設和維護工作上要省時省力的多，更可以隨著巷道的掘進和變化就近進行電話的擴容和鋪設。作為有線通訊聯絡系統的補充，羅河礦無線通訊系統直接利用光纖網路在井下敷設了移動GSM手機訊號。通過和中國移動的合作，在各水平共架設的17臺GRRU（數字光纖訊號直放站），利用建設好的光纖工業環網接入移動GSM基站，井下通過敷設洩露電纜加定向天線的方式實現移動手機訊號80%的覆蓋率。
VOIP語音排程介面和配置
井下無線通訊系統—中國移動GSM室內分佈光纖直放站
工業環網傳輸分站、語音廣播、電話
結 語
從當前的技術條件上來看，採用以太環網技術實現監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統的多網合一，是礦山資訊化、自動化的發展的方向。在建設過程中根據礦山的實際情況，用以太環網技術將監測監控系統、人員定位系統、通訊聯絡系統有效的融合在一起，合理佈置、統籌施工，既減少了企業的投資，又減輕了企業在後期維護過程的工作量。