礦場安防系統(tǒng)傳統(tǒng)技術比較成熟，主要包括電視監(jiān)控系統(tǒng)。前端點距中央控制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(shù)據(jù)、音頻光端機，將前端的視頻、報警、音頻信號傳輸至監(jiān)控中心，同時將監(jiān)控中心對攝像機云臺、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)的點對點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、實時性、可靠性、開放性和可操作性，同時也可以做到數(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)的計算機互連，可以通過網(wǎng)絡訪問終端數(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)設備組網(wǎng)，增強了對環(huán)境的適應性。

1、光纖工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（Ethernet）以前主要應用于辦公自動化,是在 20 世紀 70 年代研制開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡媒體。目前通用的以太網(wǎng)標準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)點首先要監(jiān)聽網(wǎng)絡，網(wǎng)絡空閑時發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時繼續(xù)監(jiān)聽，檢測到?jīng)_突時立即停止發(fā)送并發(fā)出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節(jié)點網(wǎng)絡已經(jīng)發(fā)生沖突，此時沖突各方主動退避,隨機等待一段時間后再重新監(jiān)聽網(wǎng)絡。

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)點都分別連接到一個交換式集線器的端口上，交換式集線器內(nèi)置一個復雜的交換陣列，任意兩個端口都可以建立一個傳輸通道，以標稱傳輸速度、傳輸數(shù)據(jù)。

隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的發(fā)展，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信提供了技術可能。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講是指技術上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性、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(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)的應用已取得下述成果：

(1) 針對工業(yè)現(xiàn)場設備間通信具有實時性強、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強等特點和要求，基本解決了以太網(wǎng)應用于現(xiàn)場設備間通信的關鍵技術。

① 實時通信技術采用以太網(wǎng)交換技術、全雙工通信、流量控制等技術，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)場設備層網(wǎng)絡微網(wǎng)段化等針對工業(yè)過程控制的通信實時性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實時性?？梢詫崿F(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，設計了能實現(xiàn)網(wǎng)絡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)絡分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡超小時滯中繼以及光纖傳輸技術解決以太網(wǎng)的遠距離傳輸問題。

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)絡隔離和安全過濾的現(xiàn)場控制器與系統(tǒng)主干相連，實現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡隔離。

⑤采用分散結(jié)構化設計、EMC設計、冗余、自診斷等可靠性設計技術。

(2) 起草了“用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構和通信標準”（草案）。

(3)針對工業(yè)現(xiàn)場控制應用的特點，通過采用軟、硬件抗干擾、EMC設計措施，已開發(fā)出了基于以太網(wǎng)技術的傳輸和控制設備。

2、集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)(DCS)是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(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：高可靠性、開放性、靈活性、易于維護、協(xié)調(diào)性和控制功能齊全及可以實現(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)成功應用于很多集散控制系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場。有以上技術作依托，光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)應用于礦場周界系統(tǒng)的傳輸中成為可能。

二、新方案系統(tǒng)組成

1、 網(wǎng)絡結(jié)構

圖1 光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)傳輸拓撲圖

下面以某礦場安防系統(tǒng)作一介紹。該礦場安防系統(tǒng)全長為11.5公里，有 460個不等距離分布的節(jié)點（攝像機），連接到控制中心共計80臺MIE-5310交換機形成5個冗余千兆光纖環(huán)網(wǎng)（單模光纖），這樣有利于均衡負載有效使用網(wǎng)絡帶寬，5個環(huán)網(wǎng)通過5條單模光纖與控制中心的MIER-3824千兆核心交換機上聯(lián)，MIER-3824使用1000M網(wǎng)口與存儲服務器連接，前端每個節(jié)點連接6路網(wǎng)絡視頻和8路RS485控制信號（通過一臺ME-C1088串口服務器接入）。然后將所有的視頻數(shù)據(jù)存儲于中心四臺存儲服務器。

如果在系統(tǒng)工作時連接介質(zhì)發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構將在小于300ms時間內(nèi)切換網(wǎng)絡工作拓撲結(jié)構。從而保證了系統(tǒng)的可靠性。而且在同樣的冗余度下，冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構不僅減少了風險，更降低了實現(xiàn)成本。

2、網(wǎng)絡設備

（1）前端設備

MIE-5310交換機具有2個冗余的1000Mbit/s光口，利用冗余光纖接口，可以組成光纖自愈環(huán)網(wǎng),系統(tǒng)在重新組態(tài)時冗余倒換時間小于300ms，另可提供1個1000M上聯(lián)口與核心交換機上聯(lián)，7個普通的10/100Base-T的雙絞線端口。6路視頻信號通過網(wǎng)絡攝像機接到MIE-5310的6個100M網(wǎng)口上。由于具有自適應功能，每個端口能自動的設置到10BASE-TX或100BASE-TX狀態(tài)及全雙工或半雙工的運行模式。提供24V電源冗余，增強了網(wǎng)絡及系統(tǒng)的可靠性。

ME-C1088串口服務器可提供8個RS485接口，用于控制攝像機的云臺和防塵刷，占用MIE-5310的1個10/100M網(wǎng)絡接口。

前端的每一個環(huán)網(wǎng)均使用1000M鏈路與中心上聯(lián)，每個上聯(lián)口帶寬約為600Mbps。

圖2 1000M鏈路連接示意圖

（2）核心交換機－存儲服務器

中心使用兩臺MIER-3824核心三層千兆交換機，用于匯集5個環(huán)網(wǎng)的視頻，四臺存儲服務器與核心交換機使用1000M端口連接。每存儲服務器匯集115個節(jié)點的視頻信號，在每個節(jié)點速率在6Mbps時，每臺存儲服務器負載的數(shù)據(jù)流量約為700Mbps。MIER-3824的背板帶寬為64Gbps，可保證正常通信。

三、新方案系統(tǒng)功能

（1）每個節(jié)點提供6個100M以太網(wǎng)口，用于傳輸6路視頻。

（2）每個節(jié)點通過ME-C1088提供8個RS485數(shù)據(jù)口用于控制云臺及除塵設備，每個RS485口負責一個攝像機。

（3）中心端兩臺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）四臺存儲服務器每臺負責存儲115臺攝像機的視頻，并將460臺攝像機分為5個光纖環(huán)網(wǎng)來傳輸，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(jiān)控單個攝像頭的監(jiān)視情況。