维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＩＤＧＹ ２Ｏ０８年第５期９月２０ Ｅｔ出版 ●信息技术 浅谈ＭＣＴＰ在煤矿工业以太环网中的应用 付贵宝 （太原理工天成科技股份有限公司） 摘要：ＭＣＴＰ为光纤多通道传输平台，采用成熟的光纤传输技术和优化的工业以太网数据交 换技术，为煤矿井下提供的“三网合一”综合信息传输平台，实现语音、数据、以太网和 视频等业务的灵活接入。使用ＭＣＴＰ可以让矿山井下安全检测、生产自动化系统、调 度电话和工业电视等业务通过一对光纤实现宽带传输。 关键词：煤矿；工业以太环网；ＭＣ３３ａ 中图分类号： ｍｌ６４ ．１ 文献标识码：Ａ 目前煤矿安全生产监控系统基本覆盖矿井各生产环节，一 般包括现场监测控制设备层、生产与安全集中控制层、信息管 理层三个层次，通过各种矿用控制器、传感器、通讯终端、摄像 仪等实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水、供电等设备 和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的自动化监测和控制。对于大多 数矿井来说，煤矿安全生产监控系统主要是针对煤矿的机电设 备信息自动化而言，煤矿的机电设备主要包括所有变电站的开 关柜和变压器设备、采煤机、掘进机、运输皮带、提升机、压风 机、水泵、抽放泵等设备，这些设备的正常运行直接影响着煤矿 的生产和安全。 目前国内不同生产厂家的煤矿安全监控系统组成及各煤 矿企业现各子系统建设均见图１所示。系统构架以集散型控 制结构为主；地面监测主机通过串行总线与系统线路传输装置 连接，采用串口轮巡的方式与井下各数据采集分站交换数据； 系统传输线路主要采用阻燃通信线缆；数据传输模式主要有 ＲＳ４８５总线、ＦＳＫ、ＤＰＳＫ等。但此种系统架构随着煤矿开采规 模的不断扩大、对煤矿安全生产要求的不断提高以及煤矿信息 化建设的不断推进，其自身特有的缺点不能满足煤矿发展的需 要，如总线型的构架方式使得系统在传输速率和传输距离上受 到严重制约；主干通信电缆无法克服井下大型机电设备及复杂 巷道环境的数据传输干扰；单一的总线结构无法形成有效的线 路冗余保护；无法避免各设备安全监控子系统公共主路由部分 （如主巷道）的重复投资建设且易形成系统间的“信息孤岛”。 随着光纤工业以太环网技术在煤矿行业的成熟应用，底层控制 网络由地面及井下底层控制光环网组成，各种实时监测监控设 备通过光环网节点设备接入光环网，通过光环网的地面节点设 备与集控中心网络连接。底层控制网络建立全矿统一的基于 工业以太网的工业信号宽带综合传输网络的重要组成部分，目 标是将井下全部实时数据监测、监控系统，包括各种生产监测 控制系统，视频图像系统，电话音频系统，统一通过“三网合一” （数据网、音频网、视频网）模式网络进行可靠的信号传输。 目前在煤矿行业成熟利用的光纤工业以太环网主要有 ＭＣＴＰ、ＧＥＰＯＮ及工业以太网交换机等三种技术应用方式。本 文以 Ｊ５ｏ（Ｂ）型为例，介绍采用ＭＣＴＰ矿用高端本质安全型多 通道工业以太网在煤矿工业以太环网中的应用。 作者简介：付贵宝，男，１９７５年１０月出生，２００５年毕业于北 京理工大学，助理工程师，０３０００６，山西省太原市 收稿日期：２ＯＯ８—０８—０８ ・４４・ 文章编号ｔ１００４—６４２９１．２００８｝０５一ＯＯ４４—０３ 各类井下传感器，执行器 圈１现有的煤矿安全监控系统组成图 １ 系统架构 ＭＣＴＰ（Ｍｕｌｔｉ—Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）矿用高端本质 安全型多通道工业以太网是由ＫＪＪ５０（Ｂ）宽带接入器等设备组 成。ＭＣＴＰ基于电信主流的ＳＤＨ／ＭＳＴＰ结构，采用先进、成熟的 光纤传输技术和优化的工业以太网数据交换技术，为煤矿综合 自动化系统建设提供“三网合一”综合信息传输平台，实现话 音、数据、以太网和视频等业务的灵活接入，ＭＣＴＰ能真正实现 煤矿的安全监测、生产自动化系统、调度电话和工业电视等业 务通过一对光纤进行宽带传输。 １．１ 组网构成 基于ＭＣＴＰ构造煤矿工业以太环网（或双环网）系统架构， ＭＣＴＰ底层控制网的现场节点设备能将井下，地面输入的电话 信号、视频信号、ＲＳ２３２／ＲＳ４８５和以太网信号转换成光信号通过 光缆传输到调度指挥控制中心，调度指挥控制中心的主节点设 备再将光信号还原成电话信号、视频信号、ＲＳ２３２／ＲＳ４８５和以太 网信号；其中除视频信号为由现场至调度指挥控制中心单向传 输外，其余信号均实现双向传输。ＭＣＴＰ的接点设备可以由多 点组成双纤自愈环，当一处光纤出故障时，系统可以自动倒换。 系统的倒换时间＜５０ ｉｎ８，可确保通讯系统的可靠性，在井下发 生灾变时，也能及时将矿井的各种监测数据传回地面。ＭＣＴＰ 的节点设备之间采用光纤传输方式，两站之间无中继传输距离 ４５ ｋｍ，井下节点设备ＫＪＪ５０Ｂ是本安型设备，设备之间在电导 维普资讯 http://www.cqvip.com 付贵宝：浅谈ＭＣＴＰ在煤矿工业以太环网中的应用 上完全隔离，系统具有较强的抗电磁干扰和防雷击能力。 ＭＣＴＰ光纤多通道传输平台具有网络管理功能，可以实现对整 个传输网络的统一监控和管理。能反映出整个网络所承载的 各种传输业务的运行状况，包括服务质量和网络的利用率，提 ２Ｏ０８年第５期９月２０日出版 据，在链路冗余的基础上，实现系统设备的冗余保护，从而大大 提高网络运行的安全性和可靠性。同时运用了分布式时钟技 术，有效地提高了时钟系统的冗余性能。对于实时数据，系统 提供了多条相互独立的总线通道，能够为ＳＣＡＤＡ等系统建立 Ｎ：Ｍ的热备份数据保护传输路径，保证采集数据和控制命令 的可靠传送。 供对网络进行调整和升级的量化依据。ＭＣＴＰ光纤多通道传输 平台能提供足够的带宽和Ｑ０ｓ保障，使用于监测、监控系统误 码率不应大于ｌＯ～。 １．２系统应用技术特点 ＭＣＴＰ采用了先进的ＲＰＲ技术和创新的隧道技术及虚拟 网络等技术，将传输、交换和接人融于一体，可用于构建煤炭行 业范围及边缘接入层调度监控，信息管理专用通信网络，实现 ９）总线型数据透明传输。各种总线型通信子系统直接接 人ＭＣＴＰ网络节点设备，ＭＣＴＰ的透明传输技术，可适应矿井目 前各种监控系统繁杂的传输协议对数据网络传输平台的要求。 １０）综合接入技术。ＭＣＴＰ的网络节点设备可以实现多种 信号的综合接入，在一对光纤上以太网信号、总线型数据（点对 共享数据环中以太网数据的交换以及带宽和流量合理分配，并 点，点对多点）、调度电话信号、工业电视信号均可直接接入 在充分利用带宽资源的同时，保证实时以太网业务的传输质 ＫＪＪＳ０（Ｂ）。 量。同时，通过先进的时钟同步处理技术，为各业务节点提供 以太网信号：以太网信号备有光口及ＲＪ４５电口两种接口 接入业务。 形式。 １）“三网合一”的传输接入功能。ＭＣＴＰ提供的“三网合一” 总线型数据信号：矿井常用的各种标准，非标总线（含 综合信息传输平台，在一对光纤真正实现数据、语音和视频等 ＦＳＫ）以及智能通信口ＢＳ２３２／４８５／４２２均可直接接人ＫＪＪ５０（Ｂ）， 业务的一网综合传输。“三网合一”极大地减少了整个系统的 支持各种协议的透明传输。 网缆投资，简化了整个系统的网络结构，彻底改变了传统技术 调度电话信号：地面现场电话、井下本安型电话机均可直 的网缆错综复杂、难以清理和维护的局面，并且极大地提升了 接接入ＫＪＪＳ０（Ｂ），电话信令及语音信号通过环网光纤传输，彻 整个自动化系统的技术水平。网络结构简单、清晰，也有效地 底清除了环境电噪声对音频信号的干扰，话音清晰保真。 减少了故障源，降低了维护工作量和技术难度，直接减少了系 工业电视信号：地面摄像仪及井下本安型摄像仪可直接接 统维护的成本，提高了工作效率。 入ＭＣＴＰ，视频信号经视频编码模块数字化后通过环网光纤传 ２）本质安全型设备。ＭＣＴＰ的综合接入器ＫＪＪＳ０（Ｂ）是纯本 输。视频编码采用广播级的ＭＰＥＧ２格式，分辨率可达５７６× 安型设备，完全满足煤矿井下恶劣、危险环境对设备的要求，在 ７２０，画面稳定清晰。 ， 井下出现瓦斯超限等异常情况须对非本质安全型设备进行断 ２具体方案应用实施步骤及注意事项 电时，仍然能保证信息的可靠传输，同时使设备的安装使用在 在煤矿ＭＣＴＰ矿用高端本质安全型多通道工业以太环网 任何情况下完全符合《煤矿安全规程》的要求。 的具体方案实施过程中，实施步骤及注意事项如下： ３）电信级技术应用。ＭＣＴＰ基于电信主流的ＳＤＨ／ＭＳＴＰ技 ａ）根据本矿的实际情况，对组建环网（ｔｇ环或双网）、机房 术，融合了ＳＤＨ的可靠性和快速倒换、ＲＰＲ的统计复用和拓扑 核心交换机、服务器、工业网与办公网安全性保障、数据处理 自动识别以及ＭＰＬＳ的快速交换等功能，以简单快速的方法提 （采集、存储及备份）、环网的主干光纤芯数进行总体规划。 供对专用通信网多节点、多分支的复杂网络拓扑结构的支持。 ｂ）对各采区及生产区域的ＭＣＴＰ设备节点、各子系统传输 ４）隧道传输技术应用。ＭＣＴＰ采用隧道技术，各种信号以 接口、卡板种类及型号、设备供电电源、接地等进行核实。 独立信道的方式实现实时数据传输，各信道间实现了物理上的 ｃ）确认所有设备的煤安标志、防爆要求、口防护等级。 隔离，确保传输的可靠性和实时性，从根本上避免了普通以太 ｄ）通过多芯（至少两芯）阻燃光缆与各节点０ｌＭ交换板千 网常见的挤占带宽、信道阻塞等现象。 兆全双工光纤接口连接，形成环状冗余线路。 ５）快速环路自愈保护。ＭＣＴＰ组成光纤环路的自愈保护时 ｅ）将分布于ＭＣＴＰ环网各节点的各个子系统（如人员定 间为５０ ｒｎｓ，大大地小于一般工业以太网３０Ｏ ｉｎｓ的自愈保护 位、皮带集控、信集闭、电力监测、水泵控制、核子秤及ＰＬＣ设备 时间。 等）的数据采集分站就近接入相应节点的相应接口（ＲＳ４８５、 ６）模块化结构。模块化结构可以使各种业务直接接入其 ＲＳ４２２、ＲＪ４５、ＢＮＣ及音频接口），将相应数据通过光纤隧道技术 相应的接口，减少了中间环节，使业务的传输更加可靠。以太 传输至中心机房，然后还原至原有接口（共享式以太网Ｅｌ同交 网信号、总线型数据信号、调度电话信号、工业电视信号分别由 换机功能一样除外）。 不同的业务模板完成网络接入，支持的业务模块包括异步数据 ｆ）机房还原接口数据后即可进行各自上位机或全矿综合 接口（ＲＳ２３２／４８５）、模拟语音用户接口（ＦＸＳ）、模拟语音中继接 自动化管理平台服务器及数据库，进行相关监测监控功能。 口（ｒＸＯ）、ＭＥＰＧ２高保真视频接口、以太网接口等。 ３结束语 ７）支持模块热插拔。ＭＣＴＰ的网络节点设备为工业级产品 笔者通过ＭＣＴＰ工业以太环网技术在山西义棠煤矿的实 且为本质安全型设备，全部业务模块均支持热插拔，极大地方 际应用，统一整合现有单功能型检测监控子系统、工业电视和 便了设备的日常维护和故障的快速排除。 有线／无线调度电话系统，建立井上、井下多媒体多通道工业控 ８）保护机制。采用了光纤自愈环保护原理，实现光纤环路 制专网（ＭＩ邢），使井上、井下各种功能的监控系统成为一个完 的５０ ＩｎＳ快速可靠冗余保护。同时，先进的网络管理平台应用 整的综合自动化子系统，彻底消除“信息孤岛”现象。为逐步扩 特定的管理信息帧实时监测网络的工作状况。在系统组网时， 展子系统应用范围预留了足够接口，为生产、安全的各个方面 通过建立相切环或网状网提供关键节点的备份路由，当节点或 从人工管理向在线管理过渡提供了条件。满足从生产组织的 光纤出现故障时，可以通过事先设置的备用路由传送业务数 “减人提效”到安全管理的“尽可能减少井下从（下转第４７页） ・４５・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 韩瞍，等：浅谈移动ＩＰｖ６切换问题 ２ＯＯ８年第５期９月２０日出版 定更新（ｂｉｎｄｉｎｇ ｕｐｄａｔｅ）的消息，指示它们进行绑定缓冲的更新， 这也就是注册的过程。注册成功后，移动结点的家乡代理将与 其转交地址建立一条隧道，所有发往移动结点的数据会通过该 隧道发到外地代理上，再由外地代理发送到移动结点，从而完 成移动ＩＩ）的切换。从移动ＩＰｖ６的基本切换过程可以看出，由 方式也可以降低分组的丢失率。 ４层次移动ＩＰｖ６ 层次移动ＩＰｖ６即ｍ佃ｖ６（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃｌａ Ｍｏｂｉｌｅ ）利用区 域划分的思想，Ｉ－ＩＭＩＰｖ６在逻辑上将整个网络划分成不同的域。 每个域由一个特定的、称为“移动锚点”（ＭＡＰ）的实体来管理。 这个（Ｍ ）充当ＭＮ的一个临时家乡代理转发ＭＮ与ＣＮ之间 的分组。ＨＭＩＰｖ６使用域内链路转交地址ＬＣＯＡ与区域转交地 址ＲＣｏＡ来区分ＭＮ在ＭＡＰ域内与ＭＡＰ域间的移动。ＨＭＩＰｖ６ 将ＭＮ在ＭＡＰ域内的移动称为微移动，在ＭＡＰ域问的移动称 为宏移动。当ＭＮ在一个ＭＡＰ域内移动时，只有链路转交地 址Ｉ．￣ｏＡ发生改变，而区域转交地址ＲＣｏＡ并不发生变化。这 于每次切换都要进行ＤＡＤ检测，所以带来相当大的时延。事 实上，为了进行ＤＡＤ检测，移动结点一般要发送多条邻居请求 消息，而且要等待相应的响应消息，这个过程至少要花费１ ｓ 的时间，这就意味着由ＤＡＤ带来的时延至少是１ ｓ。对于移动 接人路由器发送的代理广播消息，移动口建议其有效时间为 ３ ｓ，所以，加上ＤＡＤ花费的时间，整个切换所要花费的时间至 少在２ ｓ左右。为此，移动ＩＰｖ６提出了不少改进的切换方案， 其目的都是为了减少切换时间。 ３快速移动Ⅱ）、Ｉ６ 时ＭＮ只需要将变化的链路转交地址ＬｃｏＡ向ＭＡＰ进行注册 更新，而不必向ＨＡ以及ＣＮ发送绑定更新进行注册。这样减 少了ＭＮ切换过程中绑定消息交互的数量，改善了切换时延。 ５结束语 移动ＩＩ＇技术为我们随时随地接入因特网提供了技术蓝 快速移动ｌＰｖ６即ＦＭｔＰ，６（Ｆａｓｔ Ｈａｎｄｏｖｅｒ Ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｐ ）允 许ＭＮ还在原来的接入路由器时就可以获得新的接入点和相 关子网前缀的信息，从而可以预先产生新的转交地址，这样减 少了ＦＭＩＰｖ６中ＭＮ切换后才通过一系列操作配置转交地址的 时延。同时ＦＭＩＰｖ６要求ＭＮ获得新的转交地址后在新旧接人 路由器之间建立一条隧道，这样在ＭＮ发生切换期间仍然可以 接收到通信对端ＣＮ（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ Ｎｏｄｅ）发送的分组。该分组 图，但是目前的各种移动ＩＩ）切换策略还都不尽如人意，不能获 得满意的切换时延和丢包率。相信随着技术的进步，无缝切换 技术的诞生并不是一件遥不可及的事。正因为如此，移动ＩＩ） 切换技术才成为一个研究热点。 参考文献 将由原来的接入路由器截获并通过隧道转发给新的接人路由 ［１］崔丙锋，等．移动ＩＩ）中的切换策略［Ｊ］．现代电信科技， ２００３． 器，新的接人路由器在未收到ｂｉｎ的通告时先缓存这一分组， 等到ＭＮ发出通告表明它的确移动到此接人路由器时，新的接 入路由器才将分组转发给移动结点新的转交地址。因此，这种 ［２］ 高小能，等．下一代网络Ⅱ￣６的移动切挟优化策略［Ｊ］．计 算机系统应用，２Ｏ０５． Ｂｒｉｅｆ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ＯＨ ｔｈｅ Ｉ－Ｉａｎｄｏｆｆ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ Ｈａｌｌ Ｔａｏ，Ｈｕ ｙｕ ＡＢＳＴＲＡＣｒ：Ｈａｎｄｏｆｆｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆｍｏｂｉｌｅ ＩＰ ａｎｄ ｉｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｆｏｒｔｈｅ ｐｅｄｏｎｎｍ￣ｅ ｏｆｍｏｂｉｌｅ ＩＰ．Ｓｏｍｅ ｍａｊｏｒ ｈａｌｌｄｏ￣ｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｎｄｕｃｅｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｍｏｂｉｌｅ；ｈａｎｄｏｆｆ；ｓｔｒａｔｅｇｙ （上接第４５页）业人员”的需要，尽最大可能地实现各工作区域 的“无人值守，有人巡视”。 大幅度降低煤矿在建设自动化系统的过程中，对光纤和光 缆的投资。随着ＭＣＩＰ多通道传输平台的一次投入建成，今后 新建的各种子系统均可通过ＭＣＴＰ平台与井上实现信息互通， 不再需要投资建设通信干线。大大提高现有系统的信号传输 水平，使矿井现有的瓦斯检测、工况检测的巡检周期缩短为几 十分之一甚至几百分之一，实现真正意义的实时监控。由地面 宽带网络及井下宽带多媒体平台互联构成一个统一的“三网合 一控制、安全管理、办公自动化等子网组成，形成管控一体化的综 合多媒体网络系统，井下网络以矿井宽带综合接入器为核心设 备，利用光纤构建一个统一传输平台，将井下各种监控系统（如 生产安全监控系统、工业电视系统、井下电话系统、无线通讯系 统等）整合成一套统一的信息系统，这样就大幅度提高了系统 的传输速度，提供了设备的远程控制与自动控制功能，消除了 传统模式中各种系统的“信息孤岛”现象，也大量节约了系统中 传输介质（光、电缆）的投资。从根本上改善传统的煤矿生产管 理工业模式，无论从生产组织的“减人提效”或安全管理的“科 技兴安”，都将形成一个跨越式的发展。 ”模式网络系统。地面网络由千兆骨干网及生产指挥、调度 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＣＩＴ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｉｎｇ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅｓ Ｆｕ Ｇｕｉｂａｏ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＭＬ－ＴＰ ｉｓ ａ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｔｍｍｍｉｓｓｉｏｎ，ａｄｏｐｔｉｇ ｎｈｔｅ ｍａｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｆ￣ｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐ． ｔｉｍｉｚｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｍｅｔ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆｔｒｉｐｌｅ ｐｌａｙ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈ—ｉｎ ｏｆｖｏｉｃｅｓ，ｄａｔａ，Ｅｔｈｅｍｅｔ ａｎｄ ｖｉｄｅｏｓ．ＭＣＴＰｍａｙ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ，ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｇ ｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉｌａ ＴＶ ｔｈ￣ｎｇｈ ａ ｐａｉｒ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｂｅｒｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｃｏａｌ ｍｉｎｅ；ｉｄｕｎｓｔｒｉｌ ｒａｉｇ Ｅｔｎｈｅｍｅｔ；ＭｃｒＰ ・４７・
