保德煤矿F5G全光工业网设计及应用.pdf

第32 卷增刊12023年6 月智能矿山文章编号：10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0153-04中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230397Vol.32,Suppl 1June2023保德煤矿F5G全光工业网设计及应用韩忠利（国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司，陕西榆林7 190 0 0）摘要：针对保德煤矿在智能化进展中承载网存在网络链路无保护、业务阻塞、运维效率低、视频传输质量差等问题，设计研发了F5G（T h e 5t h G e n e r a t io n o f Fix e d Ne t w o r k，第五代固定网络）全光工业网架构。通过结合煤矿现场情况，对F5G在矿井内应用的关键技术进行了研究，进一步提升了保德煤矿承载网络质量，并为煤矿行业高质量传输网络提供了一种新的可靠方案。关键词：煤矿智能化；F5G；承载网；网络质量；传输链路保护HAN Zhongli中图分类号：TD67Design and application of F5G all-optical industrial network in Baode Coal Mine(Shendong Coal Group Co.,Ltd.,CHN Energy Group,Yulin 719000,China)Abstract:In view of the problems of unprotected network links,service blockage,low operation andmaintenance efficiency,and video transmission quality in the bearer network of Baode Coal Mine,the F5G(The 5th Generation of Fixed Network)all-optical industrial network architecture is designed anddeveloped.By combining the situation of coal mine site,the key technology of F5G application in the mine isstudied,which further improves the quality of the bearer network of Baode coal mine and provides a new andreliable scheme for the high-quality transmission network of the coal mining industry.Keywords:intelligent coal mine;F5G;bearer network;network quality;transmission link protection0引言由国家发展和改革委员会等八部门联合印发的关于加快煤矿智能化发展的指导意见指出煤矿智能化已经成为煤矿行业的重点工作之一。煤矿智能化建设指南（2 0 2 1年版）智能化煤矿（井工）分类、分级技术条件与评价等相关标准鼓励煤矿使用先进、成熟的网络技术。智能化矿山建设吸引了众多学者的研究，我国煤矿研究者在煤矿4/5G专网通信1-3、融合通信4-6、应急通信7-10 以及智能矿用终端1-13等方面已取得显著的成果。伴随着煤矿F5G应用技术白皮书发布，我国也在矿用F5G技术方面开展了相关研究14-16，进一步加快了F5G技收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 1作者简介：韩忠利（198 3一），男，汉族，内蒙古西子王旗人，硕士研究生，工程师，主要从事煤矿信息化、自动化和智能化研究工作，E-mail：。引用格式：韩忠利.保德煤矿F5G全光工业网设计及应用J.中国矿业，2 0 2 3，32（S1）：153-156.HAN Zhongli.Design and application of F5G all-optical industrial network in Baode Coal MineJJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):153-156.文献标识码：A责任编辑：刘硕术在矿用中的认知，并在煤矿井下应用中展现出良好的应用前景，促进了我国煤矿智能化发展。基于F5G技术，结合云计算、大数据、工业互联网、人工智能、机器人等新技术，有力促进煤炭工业的高质量发展。国能神东煤炭集团有限责任公司积极推动煤矿智能化发展，在保德煤矿现场传输网络存在接人层树型组网链路无保护，业务阻塞严重抗突发能力差，网络管理与运维效率低，视频业务带宽高传输质量难以保证等痛点问题。F5G具备大带宽、低时延、高可靠、易部署、易扩展的特点，基于此，保德煤矿设计研发了一套井下F5G无源全光工业网络系统，具154有远程运维、光纤免熔纤连接等功能，实现了传输网络有保护、业务不拥塞以及独立视频专线的高品质的传输。1总体设计保德煤矿将井下传统工业网演进到F5G无源全光工业网，对综合分站进行F5G全光工业网终端升级改造，并对F5G无源全光工业网络关键技术进行了研究。F5G工业光环网由ORH（光环网头端设备）、ORE（光环网终端设备）和ORP（无源光环网设备）三部分组成，F5G的网络架构如图1所示。工业云1机1井ORHORH房上一中国矿业网双归属保护。Type C保护对于ORH、O RE上行口、主干光纤、ORP和配线光纤进行保护，当某一部件发生故障，可以自动切换到另外一条链路。当原故障链路的故障恢复后，可以实现业务自动回切到原故障链路上，从而保障业务不发生中断。网络故障自愈时间小于50 ms，实现“0”业务中断，而且全光工业网终端间故障完全隔离，相互无影响。F5G无源全光工业网1芯光纤级联多台全光工业网终端设备，一台全光工业网终端设备故障，其下级联的全光工业网终端设备不受影响。ORH 11第32 卷ORE1井下Fig.1 F5G all optical network architecture in矿用F5G采用环形结构提升网络可靠性。ORH主要部署在井上，ORE部署在井下，中间通过ORP（光缆和分光器）连接。ORE通过标准以太网光口和电口连接井下设备，如摄像仪、传感器、井下机械等。F5G作为井下主干网络，统一接入井下各类系统，比如安全监控网、视频监控网。按照要求，安全监控网需要和其他网络接人到不同光纤芯上，实现分芯传输。基于此网络架构，保德煤矿整个井下网络结构极大简化，支持多业务统一承载，彻底解决了井下原来多张环网、网络重复建设、难以运维的问题；同时F5G网络井下有源设备只有ORE，便于设备安装部署及后期维护。2关键技术研究设计2.1研究井下网络保护问题设计研究了F5G无源全光工业网双归属保护系统。系统采用Type C双归属组网架构，如图2所示，充分利用井下现有光缆资源，井上部署主、备全光工业网头端设备，井下全光工业网终端设备双上行接口，实现从井下到井上的F5G无源全光工业ORH 2ORRORRORRORR一11图1保德煤矿F5G全光网络架构Baode Coal MineORENORR一工作侧链路ORR图2 TypeC双归属组网系统OREORE作业面一一一一保护侧链路OREFig.2Type C dual home networking system12.2研究综合分站级联与业务损塞问题井下的有线网络承载的业务系统主要分为两类：一类是生产设备的控制和维护管理系统；一类是人员、环境、车辆等监测类系统。系统对网络的要求高可靠、低时延、高安全，随着智能化应用变多，井下摄像头、AP会增多，对网络大带宽也提出了要求。工业光网可以提供高可靠、低时延、高安全、大带宽的有线网络。为有效解决业务损塞问题，进一步研究了提升传输网络接入容量的技术。基于F5G无源全光工业网可提供多条万兆网络，1芯光纤1条万兆硬管道，1条万兆硬管道可级联8 个F5G综合分站的优势，将F5G综合分站万兆上行，接人业务一跳到井上，实现原有的“万兆骨干十千兆汇聚十百兆接入”工业网络演进到“万兆上联十千兆接人”F5G无源全光工业网络，网络架构如图3所示。通过F5G无源全光工业网的创新，将万兆下沉业务点、减少业务网络跳数，解决井下业务拥塞。2.3研究矿井通信设备的网管系统针对综合分站排障主要依靠设备工具Web系统排查，存在排查定位故障和维护效率低，无法进行高效的管理和调度的问题。基于F5G无源全光工业网创新，引人轻量级的网管系统，实现全光工业网络的拓扑还原、集中告警、智能报表、多种业务维护接口开发等远程运维手段，并进行煤矿工业网络智增刊1能运维探索。通过开发网管平台，统一对ORH、ORE设备进行集中管理，可以实现业务灵活部署、资源统一管理、集中故障监测等功能。2.4研究大视频业务的独立专线技术随着煤矿智能化建设的不断深人17-18 1，视频监视被广泛应用在煤矿井下并且范围也将更加广泛19-2 0 1。目前，煤矿井下需要传输视频的场所主要包括：皮带机的中部、机头尾、落煤点、受煤点，机电碉室的配电室、配电点、泵房、排水点，瓦斯抽采钻场，车场的前部、中部、后部，采掘工作面的架载视频、采煤机机载视频，机器人等巡检设备的机载视频，井下重要场所的场景智能识别，以及其他应用场景。现基于F5G无源全光工业网技术，利用现有井下光缆中两芯空闲光纤，在煤矿井下综采面、皮带机等多摄像头区域，可以为矿井内视频传输提供“万兆上联十千兆接入”的专线服务，提升传输网络的稳定性。2.5研究井下便携可靠的光纤连接设备保德煤矿为高瓦斯矿，煤矿井下综合分站等网络设备安装、维护都涉及光纤熔接操作。光纤熔接步骤繁琐、人员技能有要求，施工和运维效率低，存在安全隐患。现基于F5G无源全光工业网，采用煤矿井下光纤快连技术，实现井下光纤即插即用、免熔纤连接，适配煤矿特殊环境，提供完备预连接ODN方案，分光器安装于预连接盒子，安装空间占用率低，10 0%免熔接，无需专业技能和工具，施工效率和安全保障也得到了进一步提升。结合井工矿和保德煤炭具体情况，针对F5G全光工业网络在网络保护、业务阻塞、网管系统、视频专线及光纤连接设备等关键技术和问题进行了研究。在业务部署方面可以实现ORE即插即用、免韩忠利：保德煤矿F5G全光工业网设计及应用核心交换机核心交换机/井全光工业网头端上井下创新综合分站矿用终端图3万兆上联十千兆接入网络架构Fig.3 Network architecture with 10 Gigabit uplink and Gigabit access现场调试，在资源管理方面全网PON资源统一管理，在告警监控方面实时上报告警、快速排障，在故障监控方面实现ORH/ORE/光纤/终端多点监控。3 结 论针对保德煤矿存在的痛点问题，设计研发一套井下F5G无源全光工业网络系统，进行煤矿井下通信网络创新，解决当前井下网络应用痛点，并提供具备光网络全无源、多条万兆硬管道可扩展、万兆下沉综合分站、网管系统远程运维、光纤连接免熔纤等特性的高品质井下通信网络。实现网络有保护、业务不拥塞、支持远程运维、独立视频专线、光纤免熔纤连接的目标。具体情况如下所述。1）针对保德煤矿传输网络存在的痛点问题，设计研发了F5G无源全光工业网络系统。2）研究设计了全光工业网双归属保护系统，实现井下接入层树型通信网可靠保护。3）设计研究了全光工业网万兆硬管道系统，实现万兆接入点下沉综合分站位置。4）通过全光工业网解决方案，利用井下现有光缆空闲光纤，实现“万兆上联、千兆接入”的视频专线。5）F5G 全光工业网系统在保德煤矿落地应用可以为相关煤矿行业产生借鉴意义。参考文献1孙继平.煤矿智能化与矿用5GJ.工矿自动化，2 0 2 0，46（8：1-7.SUN Jiping.Coal mine intelligence and mine-used 5GJJ.In-dustry and Mine Automation,2020,46(8):1-7.2张立亚.基于5G通信的矿山可视化智能监控技术J.煤炭技术，2 0 2 2,41(1):19 1-19 4.ZHANG Liya.Mine visual intelligent monitoring technology155全光工业网头端（1）1芯光纤1条万兆硬管道全光工业网全光工业网分光接线盒分光接线盒创新综合分站创新综合分站矿用终端矿用终端（2）两层网络、一跳到井(3）双归属保护(4)万兆上行(5)千兆接人156based on 5G communicationLJJ.Coal Technology,2022,41(1):191-194.3霍振龙，肖松，孟玮，等.矿井5G无线通信系统关键技术及装备研发与示范应用J.智能矿山，2 0 2 2，3（4）：55-6 0.HUO Zhenlong,XIAO Song,MENG Wei,et al.Key technolo-gy research,equipment development and demonstration appli-cation of mine 5G wireless communication systemJ.Journalof IntelligentMine,2022,3(4):55-60.4王可冰，张立亚，姜玉峰，等.煤矿5G融合通信管理平台研究J.中国矿业，2 0 2 3,32（1)：7 6-8 1,99.WANG Kebing,ZHANG Liya,JIANG Yufeng,et al.Re-search on management platform of coal mine5G convergedcommunicationJJ.China Mining Magazine,2023,32(1):76-81,99.5李伟宏.矿用4G与5G融合系统解决方案研究J.工矿自动化，2 0 2 1,47(S2)：7 8-8 0.LI Weihong.Research on solution of mine 4G and 5G integra-tion systemJJ.Industry and Mine Automation,2021,47(S2):78-80.6 吴文臻.煤矿5G融合通信系统架构设计J.煤矿安全，2023,54(2):217-222.WU Wenzhen.Architecture design of coal mine 5G fusioncommunication systemJ.Safety in Coal Mines,2023,54(2):217-222.7 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