塑料光纖井下的通信系統(tǒng)應(yīng)用范文

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摘要：通過對比分析了基于塑料光纖的井下信息采集系統(tǒng)，并將該方案與RS485、短距離無線通信方式進(jìn)行了對比分析，分析結(jié)果表明，塑料光纖可以有效克服上述通信方式的不足之處，可以提供高速、可靠的井下通信鏈路，為井下的安全調(diào)度、開采提供技術(shù)保障。針對多種基于塑料光纖的技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)進(jìn)行了分析，給出了各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)的應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：井下信息采集；塑料光纖；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

隨著采礦生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化水平的提高，通信的作用扮演著越來越重要的角色。礦井通信已由最初的磁石電話和簡單信號傳輸發(fā)展成多種新型通信方式并存的復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。現(xiàn)有井下常見的有線通信方式有以下三種：光纖通信、井下電話以及井下廣播［1］。其中，光纖通信由于具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，在系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的主干建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。但是由于傳統(tǒng)石英光纖彎曲度較低，線材易碎、維修、研磨技術(shù)的要求和人工成本較高，加之井下條件復(fù)雜，礦井坍塌、碎石跌落的事故經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致井下的通信系統(tǒng)經(jīng)常中斷，為井下的作業(yè)帶來巨大安全隱患［2］。塑料光纖（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作為芯層材料，PMMA、氟塑料等作為皮層材料的一類光纖（光導(dǎo)纖維）［3］。塑料光纖不但可用于接入網(wǎng)的最后100～1000m，也可以用于各種汽車、飛機(jī)、等運(yùn)載工具上，是優(yōu)異的短距離數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)［4］。本文對比分析了塑料光纖與現(xiàn)有常用井下通信方式的優(yōu)劣性，對基于塑料光纖的多種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1井下通信方案對比

1．1RS485與塑料光纖的對比

井下廣播作為煤礦安全開采的重要系統(tǒng)，當(dāng)煤礦發(fā)生災(zāi)害時(shí)，調(diào)度中心可以通過廣播系統(tǒng)向井下覆蓋地點(diǎn)下達(dá)安全指令、指導(dǎo)井下礦工的逃生。目前，多數(shù)礦井廣播系統(tǒng)都是基于IP的數(shù)字廣播系統(tǒng)，主要由廣播分站、語音網(wǎng)關(guān)、上位機(jī)以及備用電源組成。RS485由于其通信穩(wěn)定可靠、調(diào)試簡便、架線簡單易行、支持多節(jié)點(diǎn)接入的特點(diǎn)，被廣泛用于井下通信。與RS485相比，塑料光纖通訊系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：數(shù)字脈沖調(diào)制可見光通訊，技術(shù)先進(jìn)成熟；通訊速率＞100Kbit／s，系統(tǒng)響應(yīng)迅速；誤碼率全頻段內(nèi)小于10－9；無金屬纖芯，不受雷擊電磁場影響，通訊接口無須抗雷擊保護(hù)，電路設(shè)計(jì)簡單；不受電磁騷擾影響；可組任意復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方便；質(zhì)輕線材輕，勞動(dòng)強(qiáng)度低，約束少，布線接線簡單，可沿強(qiáng)電線路走線；輕松定位，肉眼可判，故障排除簡單；批量應(yīng)用成本更低，布線施工要求少，后期管理維護(hù)量小；適用于信息采集點(diǎn)集中的城市小區(qū)、樓宇、商業(yè)環(huán)境、工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化。RS485總線通訊是一種低速串口通訊技術(shù)，而塑料光纖通訊是利用新型環(huán)保新材料進(jìn)行可見光通訊的成熟技術(shù)，可成數(shù)量級提高串口通訊速率，在絕大部分RS485通訊應(yīng)用場合，采用塑料光纖通訊綜合成本更低，布線更快捷，維護(hù)更簡便，可靠性和穩(wěn)定性卻更高。

1．2井下短距離通信技術(shù)與塑料光纖的對比

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，礦井自動(dòng)化水平的提高，一大批短距離通信被大量用于煤礦的井下作業(yè)中，用于實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備的控制、人員位置監(jiān)測、膠輪車和電機(jī)車位置監(jiān)測、礦用設(shè)備自動(dòng)化管理等［5－7］。由于受到頻率的限制，這些通信方式的通信距離較短，傳輸速率受限，故稱之為短距離通信方式，這些通信場景可以完全由塑料光纖進(jìn)行代替，與短距離通信技術(shù)相比，塑料光纖的優(yōu)越性有：數(shù)字脈沖調(diào)制可見光通訊，技術(shù)成熟先進(jìn)；誤碼率全頻段內(nèi)小于10－9；超穩(wěn)定，只要線路不被破壞，永遠(yuǎn)暢通；信號傳輸線路封閉的光通訊，任何時(shí)間任何地方都不受任何電磁騷擾影響，也不產(chǎn)生電磁騷擾；可組任意復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性不受系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)多寡影響，具備城域網(wǎng)組網(wǎng)能力；批量應(yīng)用成本更低，布線施工要求少，后期管理維護(hù)量小。短距離無線通訊適合空間電磁干擾少，信息采集點(diǎn)零散且視野開闊，施工布線工程量大的區(qū)域，一般作為補(bǔ)充手段。塑料光纖通訊適用于信息采集點(diǎn)密集，電磁環(huán)境復(fù)雜的場合。

2塑料光纖組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用中，利用塑料光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有四種結(jié)構(gòu)可供選擇：①主回路雙芯閉環(huán)半光纖方案、②主回路雙芯開環(huán)半光纖方案、③主回路雙芯閉環(huán)，次回路單芯光纖串聯(lián)方案（全光通訊）、④主回路雙芯開環(huán)，次回路單芯光纖串聯(lián)方案（全光通訊），上述四種方式的主要區(qū)別在于主回路、次回路中選取的傳輸介質(zhì)，以及光纖回路數(shù)目的不同，詳情可參見圖1。這些方案各有各自最佳適用場景。如有些方案在主回路選用一主一備的光纖回路，而次回路選取全光纖方式連接或是RS485方式進(jìn)行連接，各種方案的設(shè)施不但要考慮到投資成本，還要考慮到現(xiàn)場傳感器能提供的信號傳輸接口，在具體實(shí)施時(shí)需要結(jié)合現(xiàn)場的設(shè)備接口和使用需求進(jìn)行選用。表1為各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在使用時(shí)的一些參數(shù)對比情況，在選擇應(yīng)用建設(shè)方案時(shí)可以作為參考。

3結(jié)束語

本文通過對比分析了基于塑料光纖的井下信息采集系統(tǒng)，并將該方案與RS485、短距離無線通信方式進(jìn)行了對比分析，分析結(jié)果表明，塑料光纖可以有效克服上述通信方式的不足之處，可以提供高速、可靠的井下通信鏈路，為井下的安全調(diào)度、開采提供技術(shù)保障。此外，文章針對多種可以直接應(yīng)用實(shí)際的塑料光纖性能進(jìn)行了對比分析，為塑料光纖在井下的應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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［3］吳勝明，候思祖，崔小玲，等．基于塑料光纖的自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．電力系統(tǒng)通信，2012，33（4）：26－30

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作者：孔志軍 李暾 王彪 胡周達(dá) 單位：粵電集團(tuán)貴州有限公司