塑料光纤井下的通信系统应用范文

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摘要：通过对比分析了基于塑料光纤的井下信息采集系统，并将该方案与RS485、短距离无线通信方式进行了对比分析，分析结果表明，塑料光纤可以有效克服上述通信方式的不足之处，可以提供高速、可靠的井下通信链路，为井下的安全调度、开采提供技术保障。针对多种基于塑料光纤的技术的网络结进行了分析，给出了各种网络结构的优缺点，为后续的应用提供依据。

关键词：井下信息采集；塑料光纤；网络结构

随着采矿生产机械化和自动化水平的提高，通信的作用扮演着越来越重要的角色。矿井通信已由最初的磁石电话和简单信号传输发展成多种新型通信方式并存的复杂数据传输系统。现有井下常见的有线通信方式有以下三种：光纤通信、井下电话以及井下广播［1］。其中，光纤通信由于具有抗干扰能力强、传输距离远、传输容量大的优点，在系统传输网络的主干建设中得到广泛应用。但是由于传统石英光纤弯曲度较低，线材易碎、维修、研磨技术的要求和人工成本较高，加之井下条件复杂，矿井坍塌、碎石跌落的事故经常发生，导致井下的通信系统经常中断，为井下的作业带来巨大安全隐患［2］。塑料光纤（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）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）［3］。塑料光纤不但可用于接入网的最后100～1000m，也可以用于各种汽车、飞机、等运载工具上，是优异的短距离数据传输介质［4］。本文对比分析了塑料光纤与现有常用井下通信方式的优劣性，对基于塑料光纤的多种组网结构进行分析。

1井下通信方案对比

1．1RS485与塑料光纤的对比

井下广播作为煤矿安全开采的重要系统，当煤矿发生灾害时，调度中心可以通过广播系统向井下覆盖地点下达安全指令、指导井下矿工的逃生。目前，多数矿井广播系统都是基于IP的数字广播系统，主要由广播分站、语音网关、上位机以及备用电源组成。RS485由于其通信稳定可靠、调试简便、架线简单易行、支持多节点接入的特点，被广泛用于井下通信。与RS485相比，塑料光纤通讯系统有以下特点：数字脉冲调制可见光通讯，技术先进成熟；通讯速率＞100Kbit／s，系统响应迅速；误码率全频段内小于10－9；无金属纤芯，不受雷击电磁场影响，通讯接口无须抗雷击保护，电路设计简单；不受电磁骚扰影响；可组任意复杂网络结构，组网方便；质轻线材轻，劳动强度低，约束少，布线接线简单，可沿强电线路走线；轻松定位，肉眼可判，故障排除简单；批量应用成本更低，布线施工要求少，后期管理维护量小；适用于信息采集点集中的城市小区、楼宇、商业环境、工业控制、楼宇自动化。RS485总线通讯是一种低速串口通讯技术，而塑料光纤通讯是利用新型环保新材料进行可见光通讯的成熟技术，可成数量级提高串口通讯速率，在绝大部分RS485通讯应用场合，采用塑料光纤通讯综合成本更低，布线更快捷，维护更简便，可靠性和稳定性却更高。

1．2井下短距离通信技术与塑料光纤的对比

随着通信技术的发展，矿井自动化水平的提高，一大批短距离通信被大量用于煤矿的井下作业中，用于实现井下设备的控制、人员位置监测、胶轮车和电机车位置监测、矿用设备自动化管理等［5－7］。由于受到频率的限制，这些通信方式的通信距离较短，传输速率受限，故称之为短距离通信方式，这些通信场景可以完全由塑料光纤进行代替，与短距离通信技术相比，塑料光纤的优越性有：数字脉冲调制可见光通讯，技术成熟先进；误码率全频段内小于10－9；超稳定，只要线路不被破坏，永远畅通；信号传输线路封闭的光通讯，任何时间任何地方都不受任何电磁骚扰影响，也不产生电磁骚扰；可组任意复杂网络结构，系统稳定性不受系统节点数多寡影响，具备城域网组网能力；批量应用成本更低，布线施工要求少，后期管理维护量小。短距离无线通讯适合空间电磁干扰少，信息采集点零散且视野开阔，施工布线工程量大的区域，一般作为补充手段。塑料光纤通讯适用于信息采集点密集，电磁环境复杂的场合。

2塑料光纤组网结构

在实际应用中，利用塑料光纤进行数据传输，有四种结构可供选择：①主回路双芯闭环半光纤方案、②主回路双芯开环半光纤方案、③主回路双芯闭环，次回路单芯光纤串联方案（全光通讯）、④主回路双芯开环，次回路单芯光纤串联方案（全光通讯），上述四种方式的主要区别在于主回路、次回路中选取的传输介质，以及光纤回路数目的不同，详情可参见图1。这些方案各有各自最佳适用场景。如有些方案在主回路选用一主一备的光纤回路，而次回路选取全光纤方式连接或是RS485方式进行连接，各种方案的设施不但要考虑到投资成本，还要考虑到现场传感器能提供的信号传输接口，在具体实施时需要结合现场的设备接口和使用需求进行选用。表1为各种网络结构在使用时的一些参数对比情况，在选择应用建设方案时可以作为参考。

3结束语

本文通过对比分析了基于塑料光纤的井下信息采集系统，并将该方案与RS485、短距离无线通信方式进行了对比分析，分析结果表明，塑料光纤可以有效克服上述通信方式的不足之处，可以提供高速、可靠的井下通信链路，为井下的安全调度、开采提供技术保障。此外，文章针对多种可以直接应用实际的塑料光纤性能进行了对比分析，为塑料光纤在井下的应用提供了参考依据。

参考文献

［1］吕志强．煤矿井下通信系统的现状及趋势［J］．中国煤矿，2014（5）：89－92

［2］孙继平．现代化矿井通信技术与系统［J］．工矿自动化，2013，39（3）：1－5

［3］吴胜明，候思祖，崔小玲，等．基于塑料光纤的自动抄表系统设计与实现［J］．电力系统通信，2012，33（4）：26－30

［4］东方广通实业有限公司．POF塑料光纤智能抄表系统及塑料光纤技术在电力行业的应用［J］．电气应用，2013（z1）：650－653

［5］康跃明．基于Zigbee技术的矿井无线通信系统的研究［D］．长沙：中南大学，2008

［6］候振．基于WiFi技术的井下无线通信调度系统的实现方案［D］．西安：西安科技大学，2009

［7］孙彦景，钱建生，李世银，等．煤矿物联网咯系统理论与关键技术［J］．煤炭科学技术，2011，39（2）：69－72

作者：孔志军 李暾 王彪 胡周达 单位：粤电集团贵州有限公司