礦場安防係統傳(chuan) 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(chuan) 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(chuan) 輸至監控中心，同時將監控中心對攝像機雲(yun) 台、鏡頭的控製信號傳(chuan) 至前端。

一、周界係統光纖自愈以太網環網新方案

針對礦場安防係統傳(chuan) 統的點對點傳(chuan) 輸解決(jue) 方案的固有缺陷，在礦場周界監控係統中，本文采用基於(yu) 集散控製係統概念的工業(ye) 以太網環網係統。該係統具有高度的分散性、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(ye) 級的以太網設備組網，增強了對環境的適應性。

1、光纖工業(ye) 以太網

以太網（Ethernet）以前主要應用於(yu) 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(wei) 網絡媒體(ti) 。目前通用的以太網標準IEEE802.3使用了CSMA/CD傳(chuan) 輸協議。任何需要傳(chuan) 輸數據的節點首先要監聽網絡，網絡空閑時發送數據，發送數據時繼續監聽，檢測到衝(chong) 突時立即停止發送並發出一個(ge) 強化衝(chong) 突的幹擾信號，通知所有節點網絡已經發生衝(chong) 突，此時衝(chong) 突各方主動退避,隨機等待一段時間後再重新監聽網絡。

交換式以太網是根據提高以太網的傳(chuan) 輸速率，盡可能減少總線競爭(zheng) 的思想開發出的新型以太網。所有節點都分別連接到一個(ge) 交換式集線器的端口上，交換式集線器內(nei) 置一個(ge) 複雜的交換陣列，任意兩(liang) 個(ge) 端口都可以建立一個(ge) 傳(chuan) 輸通道，以標稱傳(chuan) 輸速度、傳(chuan) 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(wei) 以太網直接應用於(yu) 工業(ye) 現場設備間通信提供了技術可能。所謂工業(ye) 以太網，一般來講是指技術上與(yu) 商用以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但在材質的選用、產(chan) 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(ye) 現場的需要。在產(chan) 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(ye) 現場控製櫃內(nei) ；再次是使用低壓交流或直流電源。EMC的要求隨工業(ye) 環境對EMI和ESD要求的不同而變化。

目前工業(ye) 以太網的應用已取得下述成果：

(1) 針對工業(ye) 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(jue) 了以太網應用於(yu) 現場設備間通信的關(guan) 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(ye) 過程控製的通信實時性措施，解決(jue) 了以太網通信的實時性。可以實現雙冗餘(yu) 環網的組網。

②采用直流電源耦合、電源冗餘(yu) 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(jue) 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(chuan) 輸技術解決(jue) 以太網的遠距離傳(chuan) 輸問題。

④ 采用控製區域微網段化，各控製區域通過具有網絡隔離和安全過濾的現場控製器與(yu) 係統主幹相連，實現各控製區域與(yu) 其他區域之間的邏輯上的網絡隔離。

⑤采用分散結構化設計、EMC設計、冗餘(yu) 、自診斷等可靠性設計技術。

(2) 起草了“用於(yu) 工業(ye) 測量與(yu) 控製係統的EPA係統結構和通信標準”（草案）。

(3)針對工業(ye) 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(yu) 以太網技術的傳(chuan) 輸和控製設備。

2、集散控製係統

集散控製係統(DCS)是一個(ge) 由過程控製級和過程監控級組成的以通信網絡為(wei) 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(yu) 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。

目前在國內(nei) ，工業(ye) 以太網已經成功應用於(yu) 很多集散控製係統的工業(ye) 現場。有以上技術作依托，光纖以太網環網應用於(yu) 礦場周界係統的傳(chuan) 輸中成為(wei) 可能。

二、新方案係統組成

1、 網絡結構

圖1 光纖以太網環網傳(chuan) 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(wei) 11.5公裏，有 460個(ge) 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(ge) 冗餘(yu) 千兆光纖環網（單模光纖），這樣有利於(yu) 均衡負載有效使用網絡帶寬，5個(ge) 環網通過5條單模光纖與(yu) 控製中心的MIER-3824千兆核心交換機上聯，MIER-3824使用1000M網口與(yu) 存儲(chu) 服務器連接，前端每個(ge) 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(chu) 於(yu) 中心四台存儲(chu) 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(yu) 300ms時間內(nei) 切換網絡工作拓撲結構。從(cong) 而保證了係統的可靠性。而且在同樣的冗餘(yu) 度下，冗餘(yu) 環網結構不僅(jin) 減少了風險，更降低了實現成本。

2、網絡設備

（1）前端設備

MIE-5310交換機具有2個(ge) 冗餘(yu) 的1000Mbit/s光口，利用冗餘(yu) 光纖接口，可以組成光纖自愈環網,係統在重新組態時冗餘(yu) 倒換時間小於(yu) 300ms，另可提供1個(ge) 1000M上聯口與(yu) 核心交換機上聯，7個(ge) 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(ge) 100M網口上。由於(yu) 具有自適應功能，每個(ge) 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(yu) ，增強了網絡及係統的可靠性。

ME-C1088串口服務器可提供8個(ge) RS485接口，用於(yu) 控製攝像機的雲(yun) 台和防塵刷，占用MIE-5310的1個(ge) 10/100M網絡接口。

前端的每一個(ge) 環網均使用1000M鏈路與(yu) 中心上聯，每個(ge) 上聯口帶寬約為(wei) 600Mbps。

圖2 1000M鏈路連接示意圖

（2）核心交換機－存儲(chu) 服務器

中心使用兩(liang) 台MIER-3824核心三層千兆交換機，用於(yu) 匯集5個(ge) 環網的視頻，四台存儲(chu) 服務器與(yu) 核心交換機使用1000M端口連接。每存儲(chu) 服務器匯集115個(ge) 節點的視頻信號，在每個(ge) 節點速率在6Mbps時，每台存儲(chu) 服務器負載的數據流量約為(wei) 700Mbps。MIER-3824的背板帶寬為(wei) 64Gbps，可保證正常通信。

三、新方案係統功能

（1）每個(ge) 節點提供6個(ge) 100M以太網口，用於(yu) 傳(chuan) 輸6路視頻。

（2）每個(ge) 節點通過ME-C1088提供8個(ge) RS485數據口用於(yu) 控製雲(yun) 台及除塵設備，每個(ge) RS485口負責一個(ge) 攝像機。

（3）中心端兩(liang) 台千兆核心交換機背板帶寬為(wei) 64Gbps，每個(ge) 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(chuan) 輸。

（4）四台存儲(chu) 服務器每台負責存儲(chu) 115台攝像機的視頻，並將460台攝像機分為(wei) 5個(ge) 光纖環網來傳(chuan) 輸，達到均衡負載的目的。#p#分頁標題#e#

（5）管理人員可以在中心端實時監控單個(ge) 攝像頭的監視情況。