礦場安防系統(tǒng)光纖自愈以太網(wǎng)方案

礦場安防系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)比較成熟，主要包括電視監(jiān)控系統(tǒng)。前端點(diǎn)距中央控制室較近的一般采用電纜傳輸，當(dāng)距離超過500M時(shí)，一般采用點(diǎn)對點(diǎn)的基帶非壓縮的視頻、數(shù)據(jù)、音頻光端機(jī)，將前端的視頻、報(bào)警、音頻信號傳輸至監(jiān)控中心，同時(shí)將監(jiān)控中心對攝像機(jī)云臺、鏡頭的控制信號傳至前端。

一、周界系統(tǒng)光纖自愈以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)新方案

針對礦場安防系統(tǒng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸解決方案的固有缺陷，在礦場周界監(jiān)控系統(tǒng)中，本文采用基于集散控制系統(tǒng)概念的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有高度的分散性、實(shí)時(shí)性、可靠性、開放性和可操作性，同時(shí)也可以做到數(shù)據(jù)、語音和視頻“三網(wǎng)合一”。它采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，避免了不同協(xié)議間難以通訊的困擾；可以直接和局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)互連，可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問終端數(shù)據(jù)；采用光纜，減少了布線難度；選用工業(yè)級的以太網(wǎng)設(shè)備組網(wǎng)，增強(qiáng)了對環(huán)境的適應(yīng)性。

1、光纖工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（Ethernet）以前主要應(yīng)用于辦公自動(dòng)化,是在 20 世紀(jì) 70 年代研制開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體。目前通用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3使用了CSMA/CD傳輸協(xié)議。任何需要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)首先要監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)繼續(xù)監(jiān)聽，檢測到?jīng)_突時(shí)立即停止發(fā)送并發(fā)出一個(gè)強(qiáng)化沖突的干擾信號，通知所有節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)生沖突，此時(shí)沖突各方主動(dòng)退避,隨機(jī)等待一段時(shí)間后再重新監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)。

交換式以太網(wǎng)是根據(jù)提高以太網(wǎng)的傳輸速率，盡可能減少總線競爭的思想開發(fā)出的新型以太網(wǎng)。所有節(jié)點(diǎn)都分別連接到一個(gè)交換式集線器的端口上，交換式集線器內(nèi)置一個(gè)復(fù)雜的交換陣列，任意兩個(gè)端口都可以建立一個(gè)傳輸通道，以標(biāo)稱傳輸速度、傳輸數(shù)據(jù)。

隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信提供了技術(shù)可能。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮的是高溫、潮濕、震動(dòng)；其次看是否能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內(nèi)；再次是使用低壓交流或直流電源。EMC的要求隨工業(yè)環(huán)境對EMI和ESD要求的不同而變化。

目前工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用已取得下述成果：

(1) 針對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強(qiáng)等特點(diǎn)和要求，基本解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)。

① 實(shí)時(shí)通信技術(shù)采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)，以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對工業(yè)過程控制的通信實(shí)時(shí)性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。可以實(shí)現(xiàn)雙冗余環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)。

②采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù)，設(shè)計(jì)了能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電或總線供電的以太網(wǎng)集線器，解決了以太網(wǎng)總線的供電問題。

③采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時(shí)滯中繼以及光纖傳輸技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸問題。

④ 采用控制區(qū)域微網(wǎng)段化，各控制區(qū)域通過具有網(wǎng)絡(luò)隔離和安全過濾的現(xiàn)場控制器與系統(tǒng)主干相連，實(shí)現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離。

⑤采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、冗余、自診斷等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。

(2) 起草了“用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)”（草案）。

(3)針對工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用的特點(diǎn)，通過采用軟、硬件抗干擾、EMC設(shè)計(jì)措施，已開發(fā)出了基于以太網(wǎng)技術(shù)的傳輸和控制設(shè)備。

2、集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)(DCS)是一個(gè)由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其基本思想是集中操作、分散控制、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS具有以下特點(diǎn)：高可靠性、開放性、靈活性、易于維護(hù)、協(xié)調(diào)性和控制功能齊全及可以實(shí)現(xiàn)更高級的集中管理功能。

目前在國內(nèi)，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成功應(yīng)用于很多集散控制系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場。有以上技術(shù)作依托，光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)應(yīng)用于礦場周界系統(tǒng)的傳輸中成為可能。