礦場安防系統傳統技術比較成熟，主要包括電視監控系統。前端點距中央控制室較近的一般采用電纜傳輸，當距離超過500M時，一般采用點對點的基帶非壓縮的視頻、數據、音頻光端機，將前端的視頻、報警、音頻信號傳輸至監控中心，同時將監控中心對攝像機云臺、鏡頭的控制信號傳至前端。

一、周界系統光纖自愈以太網環網新方案

針對礦場安防系統傳統的點對點傳輸解決方案的固有缺陷，在礦場周界監控系統中，本文采用基于集散控制系統概念的工業以太網環網系統。該系統具有高度的分散性、實時性、可靠性、開放性和可操作性，同時也可以做到數據、語音和視頻“三網合一”。它采用統一的TCP/IP協議，避免了不同協議間難以通訊的困擾；可以直接和局域網的計算機互連，可以通過網絡訪問終端數據；采用光纜，減少了布線難度；選用工業級的以太網設備組網，增強了對環境的適應性。

1、光纖工業以太網

以太網（Ethernet）以前主要應用于辦公自動化,是在 20 世紀 70 年代研制開發的一種基帶局域網技術，使用同軸電纜作為網絡媒體。目前通用的以太網標準IEEE802.3使用了CSMA/CD傳輸協議。任何需要傳輸數據的節點首先要監聽網絡，網絡空閑時發送數據，發送數據時繼續監聽，檢測到沖突時立即停止發送并發出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節點網絡已經發生沖突，此時沖突各方主動退避,隨機等待一段時間后再重新監聽網絡。

交換式以太網是根據提高以太網的傳輸速率，盡可能減少總線競爭的思想開發出的新型以太網。所有節點都分別連接到一個交換式集線器的端口上，交換式集線器內置一個復雜的交換陣列，任意兩個端口都可以建立一個傳輸通道，以標稱傳輸速度、傳輸數據。

隨著以太網通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的發展，為以太網直接應用于工業現場設備間通信提供了技術可能。所謂工業以太網，一般來講是指技術上與商用以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業現場的需要。在產品設計時，首先考慮的是高溫、潮濕、震動；其次看是否能方便地安裝在工業現場控制柜內；再次是使用低壓交流或直流電源。EMC的要求隨工業環境對EMI和ESD要求的不同而變化。

目前工業以太網的應用已取得下述成果：

(1) 針對工業現場設備間通信具有實時性強、數據信息短、周期性較強等特點和要求，基本解決了以太網應用于現場設備間通信的關鍵技術。

① 實時通信技術采用以太網交換技術、全雙工通信、流量控制等技術，以及確定性數據通信調度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現場設備層網絡微網段化等針對工業過程控制的通信實時性措施，解決了以太網通信的實時性。可以實現雙冗余環網的組網。

②采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術，設計了能實現網絡供電或總線供電的以太網集線器，解決了以太網總線的供電問題。

③采用網絡分層、控制區域微網段化、網絡超小時滯中繼以及光纖傳輸技術解決以太網的遠距離傳輸問題。

④ 采用控制區域微網段化，各控制區域通過具有網絡隔離和安全過濾的現場控制器與系統主干相連，實現各控制區域與其他區域之間的邏輯上的網絡隔離。

⑤采用分散結構化設計、EMC設計、冗余、自診斷等可靠性設計技術。

(2) 起草了“用于工業測量與控制系統的EPA系統結構和通信標準”（草案）。

(3)針對工業現場控制應用的特點，通過采用軟、硬件抗干擾、EMC設計措施，已開發出了基于以太網技術的傳輸和控制設備。

2、集散控制系統

集散控制系統(DCS)是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，其基本思想是集中操作、分散控制、分級管理、配置靈活、組態方便。DCS具有以下特點：高可靠性、開放性、靈活性、易于維護、協調性和控制功能齊全及可以實現更高級的集中管理功能。

目前在國內，工業以太網已經成功應用于很多集散控制系統的工業現場。有以上技術作依托，光纖以太網環網應用于礦場周界系統的傳輸中成為可能。

二、新方案系統組成

1、 網絡結構

圖1 光纖以太網環網傳輸拓撲圖

下面以某礦場安防系統作一介紹。該礦場安防系統全長為11.5公里，有 460個不等距離分布的節點（攝像機），連接到控制中心共計80臺MIE-5310交換機形成5個冗余千兆光纖環網（單模光纖），這樣有利于均衡負載有效使用網絡帶寬，5個環網通過5條單模光纖與控制中心的MIER-3824千兆核心交換機上聯，MIER-3824使用1000M網口與存儲服務器連接，前端每個節點連接6路網絡視頻和8路RS485控制信號（通過一臺ME-C1088串口服務器接入）。然后將所有的視頻數據存儲于中心四臺存儲服務器。

如果在系統工作時連接介質發生故障，環形結構將在小于300ms時間內切換網絡工作拓撲結構。從而保證了系統的可靠性。而且在同樣的冗余度下，冗余環網結構不僅減少了風險，更降低了實現成本。

2、網絡設備

（1）前端設備

MIE-5310交換機具有2個冗余的1000Mbit/s光口，利用冗余光纖接口，可以組成光纖自愈環網,系統在重新組態時冗余倒換時間小于300ms，另可提供1個1000M上聯口與核心交換機上聯，7個普通的10/100Base-T的雙絞線端口。6路視頻信號通過網絡攝像機接到MIE-5310的6個100M網口上。由于具有自適應功能，每個端口能自動的設置到10BASE-TX或100BASE-TX狀態及全雙工或半雙工的運行模式。提供24V電源冗余，增強了網絡及系統的可靠性。

ME-C1088串口服務器可提供8個RS485接口，用于控制攝像機的云臺和防塵刷，占用MIE-5310的1個10/100M網絡接口。

前端的每一個環網均使用1000M鏈路與中心上聯，每個上聯口帶寬約為600Mbps。

圖2 1000M鏈路連接示意圖

（2）核心交換機－存儲服務器

中心使用兩臺MIER-3824核心三層千兆交換機，用于匯集5個環網的視頻，四臺存儲服務器與核心交換機使用1000M端口連接。每存儲服務器匯集115個節點的視頻信號，在每個節點速率在6Mbps時，每臺存儲服務器負載的數據流量約為700Mbps。MIER-3824的背板帶寬為64Gbps，可保證正常通信。

三、新方案系統功能

（1）每個節點提供6個100M以太網口，用于傳輸6路視頻。

（2）每個節點通過ME-C1088提供8個RS485數據口用于控制云臺及除塵設備，每個RS485口負責一個攝像機。

（3）中心端兩臺千兆核心交換機背板帶寬為64Gbps，每個端口均可提供1000Mbps的通信速率，負責所有攝像機視頻的安全傳輸。

（4）四臺存儲服務器每臺負責存儲115臺攝像機的視頻，并將460臺攝像機分為5個光纖環網來傳輸，達到均衡負載的目的。#p#分頁標題#e#

（5）管理人員可以在中心端實時監控單個攝像頭的監視情況。