矿用本安型网络接入器设计与应用

摘要：针对在井下光缆敷设或熔接不易的场合以及移动类设备数据传输时，工业以太网灵活性及移动性不佳的问题，设计了基于2.4G-WiFi的矿用本安型网络接入器，通过2.4G-WiFi无线传输方式，实现了有线以太环网数据的无线传输。实际应用结果验证了该接入器运行稳定、可靠。

0　引言

矿用光缆以其带宽高、稳定性好、抗电磁干扰性能佳等优点，已作为主要传输媒质在工业以太网、GEPON、MCTP等矿井主干传输网络中广泛使用[1]。但由于光缆存在熔接工序复杂、移动不易等缺点，导致有线网络用于井下光缆敷设、熔接不易的场合或移动设备数据传输时存在覆盖盲区。针对该问题，本文开发了基于2.4G-WiFi的矿用本安型网络接入器，通过有线与无线制式的转换，实现有线网络数据的无线传输，可应用于井下移动类设备的语音、数据及视频传输。

1　无线传输方式选择

目前煤矿应用的无线通信技术主要有小灵通、漏泄通信、3G、WiFi等[2-5]，其中小灵通已逐步退出井下无线传输领域，其余3种技术对比见表1。

表1　矿用无线通信技术比较

WiFi网络能实现一网多用，支持语音、视频等数据传输，可节省大量网络成本[6]。综合考虑成本、性能以及与工业以太网之间的兼容性等因素，最终选用2.4G-WiFi作为环网接入器的无线制式。

2　网络接入器设计

网络接入器主要由2.4G-WiFi模块、电源转换及隔离电路、以太网光电转换电路、现场总线联网电路、LED指示灯电路等组成，如图1所示。

图1　网络接入器结构

2.4G-WiFi模块主要由CPU、RF射频网卡、FLASH、SDRAM等组成。CPU为AR7242[7]，RF射频网卡采用AR9280，可与AR7242主控芯片配合使用[8-9]。

以太网电口最大传输距离为100 m，只适合短距离数据传输。通过以太网光电转换电路将网络接入器的百兆以太网电口转换成以太网光口后，可实现10 km的长距离以太网传输。煤矿井下现场侧设备的低速总线接口主要有RS485和CAN总线等[10-11]，为了提高产品兼容性，网络接入器设计有1路本安RS485接口和1路本安CAN总线接口。

结合2.4G-WiFi模块硬件复位电路需求，选用了带中断输出且可编程的I2C转I/O接口芯片PCA9535PW。CPU以较低的资源开销扩展出了16个GPIO端口，分别用于电源工作状态、通信端口连接情况及无线信号强度指示灯的连接。电源转换及隔离模块采用宽电源输入设计，关联的本安DC18 V电源输入经过电源转换及隔离电路转换为2.4G-WiFi模块、总线转换电路、以太网光电转换电路等所需的DC5，3.3，1.8 V工作电压。

3　网络接入器应用

钻场无线摄像机的视频信号经过无线网络传输至网络接入器后，转换成有线以太网信号，最终接入以太环网交换机。由于前端视频信号采用了无线传输方式，可根据井下打钻点的不断延伸，灵活调整无线摄像机和基站位置，解决了井下钻场移动视频传输的问题。井下打钻视频监控系统如图2所示。

图2　井下打钻视频监控系统

矿用巡检记录仪记录到井下隐患、违章以及环境参数等数据后，在矿用本安型网络接入器的无线信号覆盖区域内，可随时随地上传至地面服务器，并同步其他区域的相关安全数据，防止安全巡检工作中的脱岗、空班和漏检现象，提高安全工作效率。安全信息化管理系统如图3所示，该系统实现了准时、准确、标准的安全巡检工作，提高了安全巡检工作的信息化、网络化和自动化水平，从而规范了安全检查行为，杜绝了人为造成的安全隐患，提高了整个矿井的安全水平。

4　结语

介绍了矿用本安型网络接入器设计及其在井下打钻视频监控系统和安全信息化管理系统中的应用。矿用本安型网络接入器在井下部署后，通过对矿用本安型无线摄像机、矿用巡检记录仪等无线终端设备的数据接入，实现了视频图像、语音等的数据传输。

图3　安全信息化管理系统

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网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160126.1550.018.html

Design and application of mine-used intrinsically-safe network access device

Abstract:In view of problems of low flexibility and mobility existed in industrial Ethernet in underground difficult cable laying or welding occasions, as well as mobile data transmission, a mine-used intrinsically-safe network access device based on 2.4G-WiFi was designed. Wired Ethernet data was transmited by 2.4G-wireless transmission. The practical application results validate the access device is stable and reliable.

作者简介：何群(1989-)，男，辽宁沈阳人，硕士研究生，研究方向为嵌入式硬件，E-mail：514347673@qq.com。

收稿日期：2015-11-26；修回日期：2015-12-21；责任编辑：胡娴。

徐杰.矿用本安型网络接入器设计与应用[J].工矿自动化，2016,42(2)：71-73.

矿用本安型网络接入器设计与应用

0 引言

1 无线传输方式选择

2 网络接入器设计

3 网络接入器应用