基本信息
- 項目名稱：
- 礦用本安型以太網(wǎng)交換機
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本課題設(shè)計的本安型礦用工業(yè)以太網(wǎng)交換機以IEM7010處理器為交換核心，集成了礦用本安型RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，使礦山監(jiān)控系統(tǒng)中通過異步串行通信接口RS485協(xié)議通信的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化；根據(jù)本質(zhì)安全要求，設(shè)計了本安型電源電路，具有過壓、過流、保護等功能。本安型以太網(wǎng)交換機克服了隔爆型交換機的缺點，具有體積?。?60mm×240mm×120mm）、重量輕（小于5kg）、功耗低（小于15W）等特點。
- 詳細介紹：
- 礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、集成化和多媒體化。基于工業(yè)以太網(wǎng)的多業(yè)務(wù)傳輸平臺可以使離散、分布式監(jiān)控系統(tǒng)集成為多媒體綜合監(jiān)控系統(tǒng)，節(jié)省人力、物力及財力。但是，目前國內(nèi)現(xiàn)有用于礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機的防爆形式主要以隔爆型居多，防爆標志為Exd[ib]-I，體積大(分別為：606mm×503mm×231mm，660mm×442mm×709mm)、重量沉(分別為80kg、160kg)、功耗高、成本高。 基于以上背景和現(xiàn)實狀況，我們設(shè)計制作了本安型礦用以太網(wǎng)交換機，用于煤礦現(xiàn)有的分布式現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)的改造以及新礦的信息化建設(shè)。 1作品設(shè)計基本思路： 本安防爆技術(shù)是利用系統(tǒng)或電路的電氣參數(shù)達到防爆要求，是在電路設(shè)計的初始就對電路在短路、開路或斷路以及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的電火花予以限制，使火花能量處在爆炸性混合物或易燃易爆氣體的最小點燃能量之下，使之成為安全火花，從爆炸發(fā)生的根本原因上解決防爆。所以我們在設(shè)計本安型以太網(wǎng)交換機的整個過程中，是嚴格按照GB3836-4《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第四部分：本質(zhì)安全型“i”》相關(guān)標準和方法實現(xiàn)的，以確保交換機在礦井環(huán)境下的性能和電路本質(zhì)安全化。 我們認真進行了礦用本安型以太網(wǎng)交換機性能、功能、功耗問題的詳盡分析，結(jié)合這些分析選擇了礦用本安型以太網(wǎng)交換機的核心器件與操作平臺，提出了以下設(shè)計方案和基本思路： 系統(tǒng)設(shè)計： 礦用本安型以太網(wǎng)交換機的系統(tǒng)設(shè)計是以低功耗的IEM7010芯片作為交換核心，整個以太網(wǎng)交換機主要由交換核心、電源模塊、485轉(zhuǎn)換模塊、光纖模塊和指示燈板等部分組成。 交換核心部分：交換模塊是礦用本安綜合接入器的核心，我們選用的是深圳市三旺通信技術(shù)有限公司的嵌入式模組IEM7010模塊。它的主要功能是對數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)各種外圍部件的接口和對接受到的信息無損轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)本方案設(shè)想交換模塊要求體積小巧，便于嵌入到產(chǎn)品中，而且考慮到產(chǎn)品要用到礦井，所以交換模塊一定要滿足本質(zhì)安全的要求。 485轉(zhuǎn)換模塊部分：這也是該設(shè)計中重要的一部分。這部分全部使用數(shù)字電路實現(xiàn)，進行報文字節(jié)的統(tǒng)計，然后做相應(yīng)的判斷進行控制，從而實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)隔離?？梢詫⒎植际絺鞲衅鳌⒖刂破鬏敵龅拇跀?shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，使礦山離散、分布式監(jiān)控系統(tǒng)方便地接入到礦用工業(yè)以太網(wǎng)。 光纖模塊部分：負責(zé)礦用本安型以太網(wǎng)交換機組建礦區(qū)局域環(huán)網(wǎng)；通過1000M兩芯單模光纖冗余接口，完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳送。 電源部分：為本設(shè)計的關(guān)鍵部分。因為該設(shè)計需要的電平信號為3.3V，所以這里需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換提供本設(shè)計所需要的電平信號3.3V。本設(shè)計采用外接隔爆兼本安型不間斷電源提供直流電源(KDW28-18)，然后通過電源轉(zhuǎn)換芯片得到所需要的電平信號。另外在設(shè)計時，考慮到交換機的工作環(huán)境，電源具有過流過壓保護功能。 2作品創(chuàng)新點 （1）本作品采用本安防爆技術(shù)進行設(shè)計，嚴格按照GB3836-4《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第四部分：本質(zhì)安全型“i”》相關(guān)標準和方法實現(xiàn)的，以確保交換機在礦井環(huán)境下的性能和電路本質(zhì)安全化。 （2）功耗問題是本安型計算機設(shè)計的技術(shù)難題，本作品輸入的額定電壓和電流分別為18V和0.5A，內(nèi)部核心模塊的供電只有3.3V，達到了低功耗的要求。 （3）電源模塊采用了過流過壓保護技術(shù)，通過限制電路中的電流、電壓實現(xiàn)本安電路的要求。 （4）本設(shè)計系統(tǒng)中集成了以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485模塊，所以交換機的外部接口還可以與RS485終端進行相連；支持多個平臺的接入。 （5）可以組建1000Mbps礦用光纖冗余自愈工業(yè)環(huán)網(wǎng)，最多可支持100個設(shè)備進行組網(wǎng)。 3作品關(guān)鍵技術(shù) （1）本安防爆技術(shù)。 （2）本安型交換機功耗問題，電源設(shè)計的技術(shù)改進。 （3） 支持多個不同類型的網(wǎng)絡(luò)平臺接入，提高了礦用網(wǎng)絡(luò)的集成化、統(tǒng)一化管理。 （4）無需其它管理設(shè)備，就可組建1000Mbps礦用光纖冗余自愈工業(yè)環(huán)網(wǎng)，自愈時間≤20ms。 4主要技術(shù)指標 礦用本安型以太網(wǎng)交換機技術(shù)指標和各單元參數(shù) 外形尺寸、重量及材質(zhì) ——外形尺寸：360mm×240mm×120mm； ——重量：5kg； ——材質(zhì)：不銹鋼。 工作電壓及工作電流 —— 額定工作電壓：18V.DC； —— 工作電流：≤800mA。 以太網(wǎng)光端口 —— 端口數(shù)量：2個； —— 傳輸速率：1000Mbps ； —— 發(fā)射功率：≤-1dBm； —— 接收靈敏度：≥-35dBm； —— 最大傳輸距離：10km (1310nm單模光纖)。 以太網(wǎng)電端口 —— 端口數(shù)量：5個； —— 傳輸速率：100Mbps； —— 信號工作電壓峰峰值：≤5V； —— 最大傳輸距離：100m。 RS485端口 —— 端口數(shù)量：2個； —— 傳輸速率：4800bps； —— 信號工作電壓峰峰值：≤5V； —— 信號工作電流峰峰值：≤150mA； —— 最大傳輸距離：10km（不小于1.5mm2的RVVSP屏蔽雙絞線）。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的：用于煤礦現(xiàn)有的分布式現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)的改造以及新礦的信息化建設(shè)。 作品設(shè)計基本思路：礦用本安型以太網(wǎng)交換機的系統(tǒng)設(shè)計是以低功耗的IEM7010芯片作為交換核心，整個以太網(wǎng)交換機主要由交換核心、電源模塊、485轉(zhuǎn)換模塊、光纖模塊和指示燈板等部分組成。 作品創(chuàng)新點： （1）功耗問題是本安型交換機設(shè)計的技術(shù)難題，本作品輸入的額定電壓和電流分別為18V和0.5A，內(nèi)部核心模塊的供電只有3.3V，達到了低功耗的要求。 （2）電源模塊采用了過流過壓保護技術(shù)，通過限制電路中的電流、電壓實現(xiàn)本安電路的要求。 （3）本設(shè)計系統(tǒng)中集成了以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485模塊，所以交換機的外部接口還可以與RS485終端進行相連；支持多個平臺的接入。 作品關(guān)鍵技術(shù)： 本安防爆技術(shù)。
科學(xué)性、先進性
- 經(jīng)過我們的市場調(diào)查，礦用純本安型交換機國內(nèi)尚屬空白。市面上的礦用交換機機只有隔爆型交換機，與其相比，具有一定的先進性和科學(xué)性。 本質(zhì)安全型交換機與隔爆型交換機相比，具有以下技術(shù)和功能特點： （1）采用純本安電路設(shè)計技術(shù)，提高了井下作業(yè)的安全系數(shù)。 （2）重量輕、功耗低、集成度高，可開發(fā)性強。允許在線測量和帶電維護，適合井下便攜式作業(yè)。 （3）支持多平臺網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，綜合了各個平臺的優(yōu)點，規(guī)避了它們的缺點。 （4）電源模塊的過壓、過流保護使得系統(tǒng)的安全性更高。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 作品在2010年07月被送往“國家安全生產(chǎn)重慶礦用設(shè)備檢測檢驗中心”進行性能和防爆的鑒定。
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 該技術(shù)已轉(zhuǎn)讓于“終南信息技術(shù)有限公司”
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 礦用本安型工業(yè)以太網(wǎng)交換機以IEM7010處理器為交換核心，并自主研發(fā)了礦用本安型485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，使礦山監(jiān)控系統(tǒng)中通過異步串行通信接口RS485協(xié)議通信的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。 本安型礦用工業(yè)以太網(wǎng)交換機共有5個以太網(wǎng)接口、兩個485接口、兩個1000M的光纖冗余環(huán)網(wǎng)接口，兩個1000M的光纖冗余環(huán)網(wǎng)接口用于組建礦區(qū)局域網(wǎng)的主干網(wǎng)，使礦山已有的分散、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接入到礦用工業(yè)以太網(wǎng)。 目前，政府，煤礦集團，煤礦類大中小企業(yè)都投入了大量的人力，財力在研發(fā)高科技的礦用安全生產(chǎn)，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和各種救護裝備。礦用本安型以太網(wǎng)交換機將在礦山信息化建設(shè)過程中得到廣泛應(yīng)用，具有廣闊市場前景。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外的同類課題的研究水平概述如下： 2007年，全國各地區(qū)、各煤礦企業(yè)認真落實《國務(wù)院安委會辦公室關(guān)于進一步加強煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和監(jiān)督管理的通知》。截至2007年底，全國3452處高瓦斯和瓦斯突出礦井全部裝備了瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)，全國已安裝瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)裝備的低瓦斯礦井12882處，低瓦斯礦井安裝率達到87.5%，其中原國有重點煤礦已安裝537處，安裝率為98.2%；國有地方煤礦已安裝1181處，安裝率為86.5%；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦已安裝11164處，安裝率為82.0%。248個產(chǎn)煤縣(市)實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)礦井達到9712處，為防范和減少瓦斯事故發(fā)揮了一定的預(yù)警作用(資料來源：國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《國家安全生產(chǎn)信息化"十一五"專項規(guī)劃》)。 目前，全國有53家生產(chǎn)廠家生產(chǎn)瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、有7-8家生產(chǎn)廠家生產(chǎn)集成全礦井綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，真正生產(chǎn)全礦井綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的只有2-3家，他們是：天地科技股份公司常州自動化分公司、江蘇三恒科技集團有限公司和北京瑞賽公司。天地科技股份公司常州自動化分公司目前已在全國裝配了30多家。我國煤炭工業(yè)經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，已成為世界第一產(chǎn)煤大國。據(jù)專家預(yù)測，到2025年以后，由于石油、天然氣資源的減少，煤炭在世界能源中的地位還會上升。總體來講，我國屬于貧油富煤國家，煤炭在國家的能源結(jié)構(gòu)中呈剛性變化，預(yù)計在21世紀中葉煤炭在一次能源中仍將占45％－50％。所以煤炭仍是事關(guān)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。 為了綜合利用這些平臺的優(yōu)點，規(guī)避他們的缺點，我們提出一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的綜合性網(wǎng)絡(luò)平臺。這種綜合性網(wǎng)絡(luò)平臺利用光纖環(huán)網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)高速高速公路，把RS485網(wǎng)絡(luò)、模擬視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、PSTN電話網(wǎng)絡(luò)、局域以太網(wǎng)巧妙的結(jié)合起來，為建設(shè)數(shù)字礦山、節(jié)約一次性建設(shè)成本、提高系統(tǒng)的可擴展性提供了良好的物理基礎(chǔ)。
