當前煤礦通訊技術研究

時間：2024-09-03 22:57:48 通信工程畢業論文

當前煤礦通訊技術研究

　　摘要　本文主要介紹了當前煤礦監控系統中常用的幾種通訊技術以及各自特點，并從無線方式和有線方式兩個方面對其進行了比較。
　　關鍵詞：煤礦通訊；GPRS；GEPON
　　
　　引言
　　
　　在我國建設煤礦現代化的過程中，煤礦經歷了從單一重要參數單機監控到多參數全方位監控并最終實現綜合自動化過程。目前各個地方也根據自己的相應特點開發出了很多適合自己應用的監控系統，而監控系統中的貫穿之處在于各個系統中的通訊子系統。基于此，本文著眼于當前各個系統中通訊方式的差異性和共通性，將煤礦安監通訊系統從有線方式和無線方式兩個方面對其進行了詳盡闡述。
　　
　　一　有線通訊方式
　　
　　當前煤礦安監系統中所使用的有線通訊方式集中于現場總線方式(如c AN總線，PROf-bus總線等)、RS232總線方式、RS4 8 5總線方式以及當前流行的GEPON通訊方式等。這些方式優點是通信可靠，信號穩定。不足之處在于前期組網比較大，成本較高，易損壞。
　　現場總線通訊方式特點。現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。
　　現場總線使得現場控制設備具有通信功能，通信標準的公開、一致，也使系統具備開放性，設備間具有可操作性。另外功能塊與結構的規范會使得相同功能的設備間具有互換性。其在一對雙絞線上可掛接多個控制設備，便于節省安裝費用；節省維護開銷；為用戶提供了更為靈活的系統集成主動權。
　　從現場總線技術本身來分析，它有兩個明顯的發展趨勢：
　　一是尋求統一的現場總線國際標準；
　　二是Industrial Ethernet走向工業控制網絡。
　　RS485通訊方式特點。RS485采用差分信號負邏輯，+2V～+6V表示“0”，6V～－2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現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構在同一總線上最多可以掛接3 2個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS－485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：(1)共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓范圍，Rs-485收發器共模電壓范圍為7～+12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道(信號地)，就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。
　　GEPON通訊方式特點。GEPON(Gigabit Ethemet Passive Optical Network)將以太網(Ethernet，最具有發展潛力的鏈路層協議)與無源光網絡(PON，接入網的最佳物理層協議)結合在一起形成的能很好適應IP數據業務的接入方式。由IEEES02．3EFM(Ethernet for the FirstMile)提出．已形成標準802．3ah，可以環形，星形，也可以是井下巷道的樹形，更利于煤礦現場特殊環境。不但集成了無源光網絡的低成本優勢，而且與數據網絡中占據絕對主導地位的以太網技術無縫融合，光纜使用少，傳輸帶寬高，后期擴展容易，費用低。可以實現真正的“三網合一”。
　　綜合幾種通訊方式特點，可以看出以上單一有線通訊方式難以滿足當前煤礦綜合自動化系統的運行速度和質量方面的要求，但是如何合理布局組合，使用兩種或者兩種以上網絡構建煤礦綜合自動化系統可以達到要求。這也是未來發展的一個特點。

當前煤礦通訊技術研究

　　二、無線通訊方式
　　
　　目前隨著技術的發展，無線網絡越來越多的被用在工業控制網絡組建中，他們以低成本，易維護取得了一定的優勢地位。但是也存在信號不如有線網絡穩定，容易大面積癱瘓等問題。當前，煤礦通訊系統中存在的方式主要有GPRs移動通信方式，GSM短消息方式、RFID以及Zlgbee等通訊方式。現簡單陳述一下特點。 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”)，它是利用“包交換”(Packet—Switched)的概念發展起來的一套無線傳輸方式。所謂“包交換”就是將D ata封裝成許多獨立的封包，再將這些封包——傳送出去，形式上有點類似郵局中的寄包裹。其作用在于只有當有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的資料量計價，這對廣大用戶來說是較合理的計費方式，因為像Internet這類的數據傳輸大多數的時間頻寬是閑置的。
　　GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。對原來GSM的電路交換數據傳送方式，GPRs采用分組交換技術。由于使用“分組”技術，用戶上網可以免受掉線的麻煩。此外，使用GPRs上網的方法與WAP不同，用WAP上網就如在家中上網，先“撥號連接”，而上網后便不能同時使用該電話線，但GPRs則較優越，下載資料和通話可以同時進行。
　　Zigbee通訊方式。Zigbee的基礎是IEEE 802.15.但IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此Zigb e e聯盟擴展了IEEE，對其網絡層協議和API進行了標準化。Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網絡技術，主要用于近距離無線連接。它有自己的協議標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。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據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，十分類似現有的移動通信的c DMA網或GSM網，每一個Zigbee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信；每個網絡節點間的距離可以從標準的75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個Zigbee網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。
　　
　　總結
　　
　　本文介紹了當前流行的各種應用的煤礦安監系統中的通訊協議，詳細敘述了各自特點以及優缺點，對以后的煤礦安監工作有一定的建設意義。

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