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當(dāng)前煤礦通訊技術(shù)研究
摘要 本文主要介紹了當(dāng)前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中常用的幾種通訊技術(shù)以及各自特點(diǎn)，并從無線方式和有線方式兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：煤礦通訊；GPRS；GEPON
引言
在我國(guó)建設(shè)煤礦現(xiàn)代化的過程中，煤礦經(jīng)歷了從單一重要參數(shù)單機(jī)監(jiān)控到多參數(shù)全方位監(jiān)控并最終實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化過程。目前各個(gè)地方也根據(jù)自己的相應(yīng)特點(diǎn)開發(fā)出了很多適合自己應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，而監(jiān)控系統(tǒng)中的貫穿之處在于各個(gè)系統(tǒng)中的通訊子系統(tǒng)。基于此，本文著眼于當(dāng)前各個(gè)系統(tǒng)中通訊方式的差異性和共通性，將煤礦安監(jiān)通訊系統(tǒng)從有線方式和無線方式兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了詳盡闡述。
一 有線通訊方式
當(dāng)前煤礦安監(jiān)系統(tǒng)中所使用的有線通訊方式集中于現(xiàn)場(chǎng)總線方式(如c AN總線，PROf-bus總線等)、RS232總線方式、RS4 8 5總線方式以及當(dāng)前流行的GEPON通訊方式等。這些方式優(yōu)點(diǎn)是通信可靠，信號(hào)穩(wěn)定。不足之處在于前期組網(wǎng)比較大，成本較高，易損壞。
現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。
現(xiàn)場(chǎng)總線使得現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，也使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有可操作性。另外功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范會(huì)使得相同功能的設(shè)備間具有互換性。其在一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備，便于節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)開銷；為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。
從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身來分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢(shì)：
一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；
二是Industrial Ethernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。
RS485通訊方式特點(diǎn)。RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2V～+6V表示“0”，6V～－2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接3 2個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS－485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，Rs-485收發(fā)器共模電壓范圍為7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道(信號(hào)地)，就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。
GEPON通訊方式特點(diǎn)。GEPON(Gigabit Ethemet Passive Optical Network)將以太網(wǎng)(Ethernet，最具有發(fā)展?jié)摿Φ逆溌穼訁f(xié)議)與無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，接入網(wǎng)的最佳物理層協(xié)議)結(jié)合在一起形成的能很好適應(yīng)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入方式。由IEEES02．3EFM(Ethernet for the FirstMile)提出．已形成標(biāo)準(zhǔn)802．3ah，可以環(huán)形，星形，也可以是井下巷道的樹形，更利于煤礦現(xiàn)場(chǎng)特殊環(huán)境。不但集成了無源光網(wǎng)絡(luò)的低成本優(yōu)勢(shì)，而且與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位的以太網(wǎng)技術(shù)無縫融合，光纜使用少，傳輸帶寬高，后期擴(kuò)展容易，費(fèi)用低。可以實(shí)現(xiàn)真正的“三網(wǎng)合一”。
綜合幾種通訊方式特點(diǎn)，可以看出以上單一有線通訊方式難以滿足當(dāng)前煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行速度和質(zhì)量方面的要求，但是如何合理布局組合，使用兩種或者兩種以上網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以達(dá)到要求。這也是未來發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)。
二、無線通訊方式
目前隨著技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)越來越多的被用在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組建中，他們以低成本，易維護(hù)取得了一定的優(yōu)勢(shì)地位。但是也存在信號(hào)不如有線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，容易大面積癱瘓等問題。當(dāng)前，煤礦通訊系統(tǒng)中存在的方式主要有GPRs移動(dòng)通信方式，GSM短消息方式、RFID以及Zlgbee等通訊方式�，F(xiàn)簡(jiǎn)單陳述一下特點(diǎn)。 GPRS通訊方式。GPRS的英文壘稱是：“General Packet Radio Service”(譯作“通用分組無線服務(wù)”)，它是利用“包交換”(Packet—Switched)的概念發(fā)展起來的一套無線傳輸方式。所謂“包交換”就是將D ata封裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些封包——傳送出去，形式上有點(diǎn)類似郵局中的寄包裹。其作用在于只有當(dāng)有資料需要傳送時(shí)才會(huì)占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià)，這對(duì)廣大用戶來說是較合理的計(jì)費(fèi)方式，因?yàn)橄馡nternet這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時(shí)間頻寬是閑置的。
GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)原來GSM的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRs采用分組交換技術(shù)。由于使用“分組”技術(shù)，用戶上網(wǎng)可以免受掉線的麻煩。此外，使用GPRs上網(wǎng)的方法與WAP不同， 用WAP上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先“撥號(hào)連接”，而上網(wǎng)后便不能同時(shí)使用該電話線，但GPRs則較優(yōu)越，下載資料和通話可以同時(shí)進(jìn)行。
Zigbee通訊方式。Zigbee的基礎(chǔ)是IEEE 802.15.但I(xiàn)EEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigb e e聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的c DMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。
總結(jié)
本文介紹了當(dāng)前流行的各種應(yīng)用的煤礦安監(jiān)系統(tǒng)中的通訊協(xié)議，詳細(xì)敘述了各自特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)以后的煤礦安監(jiān)工作有一定的建設(shè)意義。
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