煤矿监测监控光纤环网的应用及故障处理

煤矿监测监控光纤环网的应用及常见故障分析

为了保障煤矿安全生产，作业人员人身安全，我国大部分煤矿安装了煤矿安全监测监控系统。随着计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术的迅速发展，越来越多的信号传输方式在监测监控系统中被使用，以便把井下信息迅、准确、可靠地传输到地面指挥中心，以保证矿井生产指挥、安全管理、抢险救灾等安全生产的需要。本文对KJ335监测监控系统在信息传输方面的功能、特点进行了探讨，初步分析了监控环网常见问题及处理方法。

徐州矿务集团各矿井按照国家对煤矿企业安全生产要求和企业自身发展的需要，在2007年均安装了KJ335煤矿安全监控系统。该系统是集环境安全、生产监控、信息管理和多种子系统为一体的分布式全网络化新型煤矿综合监控系统，实现了对井下瓦斯、一氧化碳、风速、风压、温度、风机开停、风门开关的自动、连续、集中监测和瓦斯超限报警断电、风电闭锁等功能，大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率。系统采用光纤以太环网+CAN 总线传输方式。光纤以太环网作为井下主干网络，传输介质采用矿用阻燃光缆，负责监测监控系统、人员定位系统和煤矿地压监测预报系统的信息传输。光纤环网通过本安型传输接口进行连接，传输接口的交换板具有光信号的收发、光电信号互相转换、接口转换、信号处理等功能，板上以太网光纤综合复用设备将多种设备接口输出信号转换复用到两条冗余光纤链路中，四个电口可用来整合监测监控系统、人员定位系统等，徐矿集团各矿井2009年安装的人员定位系统就是用同一个光纤环网进行数据传输的，交换板示意图如图一所示。CAN 总线用来连接传输接口与监控分站，监控分站之间、监控分站与传感器之间也采用CAN 总线方式进行数据传输。这种传输

方式解决了煤矿复杂巷道环境和电磁辐射、浪涌冲击、脉冲干扰环境下的数据传输问题，有良好的可靠性和抗干扰能力，有效地整合了监测监控系统和人员定位系统，保障了

煤矿安全监控系统数据传输实时性和稳定性。

KJ335煤矿安全监控系主要由地面和井下两大部分组成，地面部分包括中心站

主备服务器、主传输接口、网络交换机、中心站运行软件、UPS 电源及附属设备

组成；井下主要由KJ335-J 传输接口、

KJ335-F 通用分站、隔爆兼本安电源、

断电执行器以及各种传感器等组成，系

统结构框图如图二所示。 该系统采用的光纤环网属于自愈环网，环网采用FDDI 简化协议，采用这种协议的环网只能有一个为主站。当两条光纤链路都正常时，数据可以在链路上选择任一方向传输，环网双网运行，业务流量方向相反，图三为环网正常运行

时示意图。当单根光纤故障时，另一环图一 传输接口的交换板示意图

交换板 以太网光纤 综合复用接口 电口1 电口2 电口3 电口4 环网光口1-1 环网光口1-2 环网光口2-1 环网光口2-2 图二 KJ335煤矿安全监控系统结构框图 光 纤 环 网 传输 接口 传输

接口 传输 接口 通用分站 通用分站 传感器 执行器 矿用电缆 通用分站 通用分站 传感器 执行器 矿用电缆

备用主机 主用主机 打印机 主 传 输 接 口

网继续运行，故障环网下游交换板节点链路实现环回，转发

另一环网上本节点接收到的

数据，如图四所示；任意相邻

两节点间光缆被切断时，如图

五所示，CD 两结点间光缆断线，则C 、D 两节点分别转发另一环网上本节点接收到的数据，执行环回功能，原来的双

环网重新形成一个单环网，保证原来各交换节点之间仍能够正常通信。

光纤环网故障主要有：光缆断线、光功率损耗大、传输接

口无电源或电源不稳定、光缆尾纤在光口上接错位置、尾纤与

光口接触不良、主从站点（指传输接口）设置错误、井下传输

接口的网关板IP 地址错误、传输接口交换板故障、井下传输接口的网关板“吊死”、中心站软件运行出现问题、环网连接外网后受到外网干扰等。 由于煤矿井下环境复杂，徐矿集团本部矿井开采深度较大，

巷道压力大，变形严重，线路容易受到挤压或碰撞，造成环网光缆护套被破坏，导致芯线受损，光缆传输损耗增大，甚至光缆断线，光纤环网会出现单环运行的情况。这就要求维护人员平时要加强巡检，做好预防工作，及时维护受损芯线，出现光缆断线及时抢修。光缆传输损耗增大、传输接口的电源不稳定，会造成环网运行不稳定，这时在环网运行的维护软件图上可以观察到与大损耗点相邻的两个传输接口时而连通时而断开，连通时双网运行，断开时单网运行。尾纤与光口接触不良、光缆熔接点处理不好、光纤适配器连接不好、光缆老化等也会造成光缆传输损耗增大。

光缆尾纤在传输接口上接错位置主要包括：①光缆尾纤没有插到传输

接口的环网光口上，而是插在了分支

光口上；②与相邻站点连接的同一根

光缆的尾纤在传输接口上插错收发光

口如图八所示；③与相邻站点连接的两个不同方向的尾纤各有一个插错位置，分别如图九、图十、图十一、图十二所示。①将形成如图六所示的U

型网，图八、图九、图十所示情况将形成如图七所示的单

环网，图十一为外环单网，图十二为内环

单网。

主从站点错误

主要包括：①环网无站点；②环网有一个或多个主站点。由于

图三 环网正常运行示意图

图七 大单环网

图八

图九

图四 单根光线断线示意图

图五 光纤断线示意图

图六 U 型网

采用FDDI 协议或FDDI 简化协议的环网，主站负责令牌的

管理和发放，令牌发放最大数量为环网

站点数取偶的一半，

以上两种情况都会

造成令牌的管理和发放混乱，影响数据传输，环网运行不稳

定。主要表现为：①环网数据包丢失严重，在维护软件图上可以观察到环网有时单网运行，有时双网运行；②整个网络不定时出现多个不同的站点信

号中断，环网被切割成几个片段。出现第②种故障现象也可能是环网连接外网后受外网干扰所致，可以用网络

软件查看是否有大量网络广播包或ARP 包，必要时做

VLAN 。

井下传输接口的网关板IP 地址错误主要包括：①井下有的站点无IP 地址；②井下站点的IP 地址出现冲突。这也会造成环网不稳定或IP 地址错误的站点所带的

KJ335-F 瓦斯监控通用分站工作不正常。造成瓦斯监控分站通信中断的原因也可能是传输接口的网关板“吊

死”。传输接口的交换板故障会造成该传输接口丢失，所带的瓦斯监控分站及人员定位分站通信全部中断，或者使该传输接口失去线路故障的倒换功能等。中心站软件运行问题会导致服务器显示井下大部分传输接口通信中断，某一传输接口所带的全部监控分占通信中断等。

图十

图十一

图十二