礦場安防係統傳統技術比較成熟


，主要包括電視監控係統。前端點距中央控製室較近的一般采用電纜傳輸，當距離超過500M時
，一般采用點對點的基帶非壓縮的視頻

、數據、音頻光端機
，將前端的視頻、報警、音頻信號傳輸至監控中心，同時將監控中心對攝像機雲台、鏡頭的控製信號傳至前端。

一、周界係統光纖自愈以太網環網新方案
    針zhen對dui礦kuang場chang安an防fang係xi統tong傳chuan統tong的de點dian對dui點dian傳chuan輸shu解jie決jue方fang案an的de固gu有you缺que陷xian
，在zai礦kuang場chang周zhou界jie監jian控kong係xi統tong中zhong
，本ben文wen采cai用yong基ji於yu集ji散san控kong製zhi係xi統tong概gai念nian的de工gong業ye以yi太tai網wang環huan網wang係xi統tong。該gai係xi統tong具ju有you高gao度du的de分fen散san性xing

、實時性、可靠性、開放性和可操作性
，同時也可以做到數據
、語音和視頻“三網合一”。它采用統一的TCP/IP協議
，避免了不同協議間難以通訊的困擾；可以直接和局域網的計算機互連，可以通過網絡訪問終端數據；采用光纜
，減少了布線難度
；選用工業級的以太網設備組網，增強了對環境的適應性。
    1、光纖工業以太網
    以太網（Ethernet）以前主要應用於辦公自動化,是在 20 世紀 70 年代研製開發的一種基帶局域網技術，使用同軸電纜作為網絡媒體。目前通用的以太網標準IEEE802.3使用了CSMA/CDchuanshuxieyi。renhexuyaochuanshushujudejiedianshouxianyaojiantingwangluo
，wangluokongxianshifasongshuju，fasongshujushijixujianting
，jiancedaochongtushilijitingzhifasongbingfachuyigeqianghuachongtudeganraoxinhao，tongzhisuoyoujiedianwangluoyijingfashengchongtu，cishichongtugefangzhudongtuibi,隨機等待一段時間後再重新監聽網絡。
    交jiao換huan式shi以yi太tai網wang是shi根gen據ju提ti高gao以yi太tai網wang的de傳chuan輸shu速su率lv，盡jin可ke能neng減jian少shao總zong線xian競jing爭zheng的de思si想xiang開kai發fa出chu的de新xin型xing以yi太tai網wang。所suo有you節jie點dian都dou分fen別bie連lian接jie到dao一yi個ge交jiao換huan式shi集ji線xian器qi的de端duan口kou上shang，交jiao換huan式shi集ji線xian器qi內nei置zhi一yi個ge複fu雜za的de交jiao換huan陣zhen列lie
，任ren意yi兩liang個ge端duan口kou都dou可ke以yi建jian立li一yi個ge傳chuan輸shu通tong道dao，以yi標biao稱cheng傳chuan輸shu速su度du、傳輸數據。
    隨著以太網通信速率的提高
、全雙工通信、交換技術的發展，為以太網直接應用於工業現場設備間通信提供了技術可能。所謂工業以太網
，一般來講是指技術上與商用以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗幹擾性和本質安全等方麵能滿足工業現場的需要。在產品設計時
，首先考慮的是高溫、潮濕、震動；其次看是否能方便地安裝在工業現場控製櫃內；再次是使用低壓交流或直流電源。EMC的要求隨工業環境對EMI和ESD要求的不同而變化。
    目前工業以太網的應用已取得下述成果：
    (1) 針對工業現場設備間通信具有實時性強
、數據信息短、周期性較強等特點和要求，基本解決了以太網應用於現場設備間通信的關鍵技術。
    ① 實時通信技術采用以太網交換技術、全雙工通信、流量控製等技術，以及確定性數據通信調度控製策略、簡化通信棧軟件層次
、現場設備層網絡微網段化等針對工業過程控製的通信實時性措施
，解決了以太網通信的實時性。可以實現雙冗餘環網的組網。
    ②采用直流電源耦合、電源冗餘管理等技術，設計了能實現網絡供電或總線供電的以太網集線器，解決了以太網總線的供電問題。
    ③采用網絡分層、控製區域微網段化、網絡超小時滯中繼以及光纖傳輸技術解決以太網的遠距離傳輸問題。
    ④ 采cai用yong控kong製zhi區qu域yu微wei網wang段duan化hua，各ge控kong製zhi區qu域yu通tong過guo具ju有you網wang絡luo隔ge離li和he安an全quan過guo濾lv的de現xian場chang控kong製zhi器qi與yu係xi統tong主zhu幹gan相xiang連lian
，實shi現xian各ge控kong製zhi區qu域yu與yu其qi他ta區qu域yu之zhi間jian的de邏luo輯ji上shang的de網wang絡luo隔ge離li。
    ⑤采用分散結構化設計、EMC設計、冗餘
、自診斷等可靠性設計技術。
    (2) 起草了“用於工業測量與控製係統的EPA係統結構和通信標準”（草案）。
    (3)針對工業現場控製應用的特點

，通過采用軟、硬件抗幹擾、EMC設計措施
，已開發出了基於以太網技術的傳輸和控製設備。
    2、集散控製係統
    集散控製係統(DCS)是一個由過程控製級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機係統

，其基本思想是集中操作、分散控製、分級管理、配置靈活
、組態方便。DCS具有以下特點：高可靠性、開放性、靈活性、易於維護
、協調性和控製功能齊全及可以實現更高級的集中管理功能。
   muqianzaiguonei，gongyeyitaiwangyijingchenggongyingyongyuhenduojisankongzhixitongdegongyexianchang。youyishangjishuzuoyituo，guangxianyitaiwanghuanwangyingyongyukuangchangzhoujiexitongdechuanshuzhongchengweikeneng。

圖1：光纖以太網環網傳輸拓撲圖
    下麵以某礦場安防係統作一介紹。該礦場安防係統全長為11.5公裏
，有 460個不等距離分布的節點（攝像機），連接到控製中心共計80台MIE-5310交換機形成5個冗餘千兆光纖環網（單模光纖），這樣有利於均衡負載有效使用網絡帶寬，5個環網通過5條單模光纖與控製中心的MIER-3824千兆核心交換機上聯

，MIER-3824使用1000M網口與存儲服務器連接，前端每個節點連接6路網絡視頻和8路RS485控製信號（通過一台ME-C1088串口服務器接入）。然後將所有的視頻數據存儲於中心四台存儲服務器。
    如果在係統工作時連接介質發生故障，環形結構將在小於300msshijianneiqiehuanwangluogongzuotuopujiegou。congerbaozhenglexitongdekekaoxing。erqiezaitongyangderongyuduxia，rongyuhuanwangjiegoubujinjianshaolefengxian，gengjiangdileshixianchengben。
    2、網絡設備
    （1）前端設備
    MIE-5310交換機具有2個冗餘的1000Mbit/s光口
，利用冗餘光纖接口，可以組成光纖自愈環網,係統在重新組態時冗餘倒換時間小於300ms
，另可提供1個1000M上聯口與核心交換機上聯
，7個普通的10/100Base-T的雙絞線端口。6路視頻信號通過網絡攝像機接到MIE-5310的6個100M網口上。由於具有自適應功能，每個端口能自動的設置到10BASE-TX或100BASE-TX狀態及全雙工或半雙工的運行模式。提供24V電源冗餘，增強了網絡及係統的可靠性。
    ME-C1088串口服務器可提供8個RS485接口，用於控製攝像機的雲台和防塵刷，占用MIE-5310的1個10/100M網絡接口。

前端的每一個環網均使用1000M鏈路與中心上聯，每個上聯口帶寬約為600Mbps。

示意圖如下：

（2）核心交換機－存儲服務器
    中心使用兩台MIER-3824核心三層千兆交換機，用於彙集5個環網的視頻，四台存儲服務器與核心交換機使用1000M端口連接。每存儲服務器彙集115個節點的視頻信號，在每個節點速率在6Mbps時
，每台存儲服務器負載的數據流量約為700Mbps。MIER-3824的背板帶寬為64Gbps，可保證正常通信。
   五、新方案係統功能：
    （1）每個節點提供6個100M以太網口，用於傳輸6路視頻。
    （2）每個節點通過ME-C1088提供8個RS485數據口用於控製雲台及除塵設備
，每個RS485口負責一個攝像機。
    （3）中心端兩台千兆核心交換機背板帶寬為64Gbps，每個端口均可提供1000Mbps的通信速率，負責所有攝像機視頻的安全傳輸。
    （4）四台存儲服務器每台負責存儲115台攝像機的視頻，並將460台攝像機分為5個光纖環網來傳輸，達到均衡負載的目的。
    （5）管理人員可以在中心端實時監控單個攝像頭的監視情況。

六、冗餘環網工作原理
    工業冗餘環網可以在惡劣環境下，實現數據傳輸的穩定性
、可靠性和實時性。
    （1）物理連接上成環型。
    （2）工gong作zuo時shi整zheng個ge網wang絡luo成cheng鏈lian狀zhuang結jie構gou，有you一yi段duan不bu傳chuan輸shu數shu據ju，隻zhi傳chuan輸shu環huan上shang設she備bei各ge自zi的de狀zhuang態tai。環huan上shang的de每mei一yi個ge設she備bei都dou知zhi道dao並bing隨sui時shi向xiang其qi他ta設she備bei報bao告gao自zi己ji的de狀zhuang態tai。一yi旦dan有you一yi段duan網wang絡luo發fa生sheng故gu障zhang，臨lin近jin的de交jiao換huan機ji會hui馬ma上shang通tong知zhi其qi他ta交jiao換huan機ji，以yi極ji短duan的de時shi間jian將jiang這zhe一yi信xin息xi傳chuan遍bian全quan網wang。作zuo為wei“根”的交換機就會實行切換，就是原來沒有數據通過的那段鏈路馬上進行數據傳輸。整個切換時間為300毫秒。整個網絡還是呈鏈狀工作狀態，實現冗餘。當損壞的網絡修複後，網絡恢複到初始工作狀態。
    （3）一條光纖鏈路發生故障時網絡重構方案如圖2所示，當主環光纖鏈路出現故障時，副環自動啟動，接替主環的工作使通信係統正常運行。故障修複後係統自動恢複。      

七
、 本係統優勢分析

benzhoujiexitongdechuanshupingtaifanganshijiyuercengjiaohuanhesancengluyoudefangan，qiyoushishifenmingxian。yishijudadewangluojichuhechangqidejingyanzhishi，yijimuqiansuoyouliuxingdecaozuoxitongheyingyongyedouyuzhijianrong；eryinyitaiwangshibiaozhunjishu，juyouguangfanderuanyingjianzhichi，xingnengjiagebihao
，chushichengbenheyunyingchengbenjunjiaodi。lingwai，yitaiwangdekuozhanxinghao，qiekekaoxingjiaogao。yitaiwangshiyumeitiwuguandechengzaijishu，keyitoumingdiyutongxiandui、電(dian)纜(lan)和(he)各(ge)種(zhong)光(guang)纖(xian)等(deng)不(bu)同(tong)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)體(ti)接(jie)口(kou)，避(bi)免(mian)了(le)重(zhong)新(xin)布(bu)線(xian)的(de)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)，非(fei)常(chang)適(shi)用(yong)於(yu)礦(kuang)場(chang)周(zhou)界(jie)係(xi)統(tong)的(de)傳(chuan)輸(shu)，方(fang)便(bian)礦(kuang)場(chang)周(zhou)界(jie)建(jian)設(she)的(de)組(zu)網(wang)要(yao)求(qiu)。
從cong結jie構gou上shang看kan，以yi太tai網wang周zhou界jie係xi統tong以yi端duan到dao端duan解jie決jue方fang案an麵mian目mu出chu現xian
，消xiao去qu了le其qi他ta解jie決jue方fang案an所suo必bi不bu可ke少shao的de網wang絡luo邊bian界jie處chu的de格ge式shi變bian換huan。從cong管guan理li上shang看kan
，由you於yu同tong樣yang的de係xi統tong可ke以yi應ying用yong在zai網wang絡luo的de各ge個ge層ceng麵mian上shang，網wang絡luo管guan理li可ke以yi大da大da簡jian化hua。因yin此ci，滿man足zu了le礦kuang場chang周zhou界jie係xi統tong不bu斷duan建jian設she和he不bu斷duan引yin進jin新xin技ji術shu和he新xin設she備bei的de要yao求qiu。
本周界係統的傳輸平台還有以下技術優勢：
（1）冗餘切換技術
冗餘技術能在50ms內檢測到網絡中所有設備的狀態，並通知到所有網員，保證網絡在300MS內完成網絡重構。
（2）雙纖雙網冗餘技術
采用冗餘切換的技術的設備，可以完成雙纖冗餘網絡、雙(shuang)纖(xian)雙(shuang)網(wang)冗(rong)餘(yu)。所(suo)有(you)節(jie)點(dian)互(hu)為(wei)備(bei)份(fen)的(de)工(gong)業(ye)交(jiao)換(huan)機(ji)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)特(te)定(ding)的(de)接(jie)口(kou)進(jin)行(xing)互(hu)連(lian)。形(xing)成(cheng)多(duo)網(wang)孔(kong)的(de)結(jie)構(gou)，以(yi)保(bao)證(zheng)網(wang)絡(luo)上(shang)所(suo)有(you)節(jie)點(dian)在(zai)任(ren)何(he)狀(zhuang)態(tai)下(xia)具(ju)有(you)安(an)全(quan)完(wan)整(zheng)的(de)路(lu)由(you)。
（3）雙主站備份功能
   係統可以配置為局端、遠端和備份局端。當網絡出現故障導致局端失效
，備份局端在0.2秒之內自動升為局端，保證網絡的正常運行；一旦網絡故障排除，原來的局端恢複正常工作，備份局端站會返回備份局端的狀態。
八、結束語
       benwenyigongyeyitaiwangjishuweijichu，jiaoweixiangxidexushuleguangxiangongyeyitaiwanghuanwangjishuzaikuangchangzhoujiejisankongzhixitongzhongdeyingyong
，lunshulexitongdegongzuoyuanliheguanjianjishu。benwenduikuangchangzhoujiexitongdechuanshupingtaijiansheyouyidingdeshiyongjiazhi。