隨著科學技術的發展、能源需求的增長，煤礦井下各種監測監控系統越來越多，數據量急劇增加。為了適應這種狀況，礦井監測通信系統已經從原來的模擬傳輸發展到數字傳輸，并提出了對“三網合一”即數據、視頻和語音信號通過一個通道傳輸)的實際要求，礦井綜合自動化傳輸網絡應運而生。

　　  礦用GEPON(千兆無源光纖以太網)專門針對應用環境惡劣的煤礦井下開發，成本低，寬帶且帶寬可動態分配，系統穩定，易于安裝維護，故障率低，組網靈活，易于擴展，適合于綜合傳輸視頻、數據、語音等信息，可作為全礦井綜合自動化系統的高速主干傳輸平臺。本文主要介紹礦用千兆無源光纖以太網在平煤十二礦的應用設計。

　　  方案選擇

　　  系統技術選擇

　　  目前，礦用綜合自動化信息傳輸技術主要有3種：工業以太網、GEPON和基于SDH技術的傳輸。GEPON是PON技術中最新實用的一種，不但集成了無源光網絡的低成本優勢，而且與數據網絡中占據絕對主導地位的以太網技術無縫融合。其具備以下優勢：組網靈活，環形、樹形、星形都可以。與以太網技術無縫融合;采用光無源技術組網;采用本質安全型接入設備;具備多種冗余功能;帶寬利用率極高;成本低，方便維護、擴展。

　  　因此，平煤十二礦在上述3種技術中選擇了GEPON作為礦井信息傳輸的平臺。

　　  系統構架選擇

　　  礦用GEPON網絡構架主要有樹狀和環狀2種冗余方式。樹狀冗余的特點是分支靈活、傳輸距離遠、光口所接光網絡終端數多，但其光纜布線施工復雜，備用光纖故障監測較難實現。環狀冗余的特點是光纜布線施工簡單、備用光纖故障監測容易、故障冗余切換時間短，但其每個光口所接光網絡終端數一般不超過10個。但當設置點數較多時，可設置多個環。分支和傳輸距離問題可通過合理設置光網絡終端和設計光功率分配加以解決。因此，平煤十二礦綜合監控網絡傳輸采用環狀冗余型礦用GEPON系統。

　  　系統設計

　　  平煤十二礦礦用GEPON系統結構如圖1所示，主要由地面光線路終端(OLT)、分光器(KL5001A)及光網絡終端(ONT)等組成。

　　  針對平煤十二礦實際情況，該設計的GEPON系統采用雙環網結構，一路工作，一路檢測備用。地面機房設置一臺光線路終端、一臺冗余控制器、計算機、交換機等，完成線路狀態檢測、數據交換、數據傳輸控制、帶寬分配等功能。從主井口和副井口分別鋪設阻燃單模光纜，在井下形成光纖環。井下共設置8個接入點，每個接入點均設置一臺無源分光器(KL5001A)，組成系統的主干傳輸光纖通道。每個分光器上接入對應的ONT，把井下各種監測監控數據、視頻圖像、IP語音等匯入，通過無源主干網絡，集中、高速地送到地面監控主機。在2號和8號ONT上，接入礦用安全監測系統、視頻監控系統、人員監測系統、電力監測系統等。

　　  系統功能特點及主要參數

　　  系統功能

　　  ●一根光纖中同時傳輸多路工業電視信號、安全監測系統信號、生產監控系統信號、IP調變通信信號等。

　　  ●具有豐富的軟件接口(OPC，DDE，OD-BEC，FI’P)，其無縫整合各子系統，實現全礦的管控一體化。

　　  ●具有完整的網絡管理功能，可以實現OLT和ONT的實時通信狀態的管理及故障報警功能。

　　  ●可以對每個ONT及OLT進行各種參數的設置及狀態報告，同時實現網絡系統的雙總線及環毛結構冗余的自動及手動保護功能。

　　  ●具有端口帶寬分配功能。

　　  ●可在任何一臺工作站上實現對井上、井下設備的控制。

　　  ●具有強大的圖形組態功能，可組屏分屏顯示各子系統的實時動態圖形。

　　  ●具有數據查詢統計、歷史曲線顯示、報打印、逐級報警、數據系統分級管理、報警故障：錄、完整的事件記錄等功能。

　　  ●每臺OLT提供4個千兆以太網光口，支4個環網，每個環網使用2芯光纖，所接光網絡端數不少于10臺。

　　系統特點

　　  ●主干光網絡采用下行廣播、上行TDM適應方式，每臺ONT動態分配一定的時隙(最多保一100MB/s帶寬)，能綜合傳輸多路工業電視監控畫面、安全監測系統信號、生產監控系統信號、IP調通信信號等，并保證信息交換的實時性及傳輸質(QoS)。

　  　●系統帶寬利用率高，可達70%，因而可流暢地傳輸大容量的視頻信號。

　　  ●系統具有主機和線路冗余功能，可實現OLT端口的狀態、備用光纖的通斷狀態監測，實現自動或手動的冗余切換，因而可靠穩定。

　　  ●井下光網絡終端采用本安型設備，即插用，體積小，方便安裝。

　　  ●系統具有RJ45/RS一485接口，可方便接入各個子系統的信號。

　　  ●系統具有雙總線、環形2種冗余方式，既保證了系統的可靠性，又增加了系統組網的靈活性。

　　  ●系統采用千兆無源光纖分支技術，單一ONT故障不影響整個系統的運行，系統防爆性能好，抗干擾能力強，運行穩定。

　　  系統主要參數

　　  ●主干網絡通信速率：1Gbps。

　  　●主干網絡傳輸距離：不小于10km。

　  　●網絡節點數：不少于40個。

　  　●網絡節點通信速率：10～100Mbit/s可調。

　　  ●系統冗余切換時間：小于100ms。

　　  主要設備簡介

　　  光線路終端(OLT)

　　  光線路終端(OLT)是GEPON系統的中心設備，它向核心以太網提供4個千兆以太網端口，向ONT設備提供4個千兆以太網光纖端口，具有二層/三層交換和光纖端口冗余功能。

　　  設備接口：①LAN端口：1個，RJ4510/lOOBase-T;②上行接口：4個GE接口;③PON接口：4個千兆接口。

　　  礦用光網絡終端(ONT)

　  　礦用光網絡終端(ONT)是GEPON系統的現場設備側設備，通過千兆無源光纖網絡終結從光線路終端傳送來的以太網數據。與OLT配合，ONT可向相連的礦用數字化工業電視系統、礦用寬帶監測、礦用IP調度通信系統等提供寬帶綜合通詹。主要參數如下：

　  　●本安供電：直流電壓15～19V，電流不大于700mA。
 
　　  ●電端口：10/100Base-T自適應端口，本安RS一485端口

　　  ●光纖端口：連接口類型為sc，單根光纖，上行工作波長1310nm，下行1490nlTl，傳輸速率lGbps，上下行允許光線路衰減28dB。

　　  冗余控制器

　　  冗余控制器可以實現OLT的端口設備冗余、線路冗余，可以實時監測主要設備OLT工作端口和備用設備OLT端口的狀態，監測備用光纖的通斷狀態，實現自動或手動的冗余切換等。

　　  控制器功能：

　　  ●實時監測OLT光端口和環網光纖的狀態。

　　  ●OLT設備端口故障或光纖中斷時可自動或手動切換。

　　  ●雙環光纖都中斷時可自動形成雙樹結構。

　　  ●控制器在斷電時可保持原有狀態，網絡通信不中斷。

　  　●控制器切換時間小于10ms(網絡自愈時間與系統有關)。

　　  ●探測器檢測靈敏度小于一30dBm。

　　  ●OLT光端口異常、硬件故障時報警。

　　  ●控制器具有自動、手動控制模式。

　  　結束語

　　  平煤十二礦GRPON系統的建設，為下一步礦井其他子系統的建設接入提供了一個高速、安全、穩定的平臺，為平煤集團公司的其他礦井積累了豐富的經驗。該系統的實施，把平煤十二礦原來單獨的子系統有效地結合起來，達到了集中管理、數據共享、系統聯動的效果，提高了礦井的生產效率。將視頻圖象、監控數據等共線集中上傳，方便維護管理，分散了原有各系統的故障點，使系統更加可靠。GEPON系統獨有的冗余方式，使光纖環路上的任意故障點對系統不構成影響。本安型的接入設備，使得光網絡終端可以放入高瓦斯區域或采煤工作面、掘進工作面等。

　  　平煤十二礦礦用GEPON系統運行穩定，數據、圖像傳輸流暢，環路安全可靠，局部設備的斷電、故障不影響系統主干網絡的數據傳輸。