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F5G让科技之光照进煤矿

中国煤炭报 作者:记者 王世雅 郭义伟 通讯员 李春红 郭新杰 2021-09-14 10:04:06

开栏的话

9月11日至17日,全国科普日活动在各地集中开展。2021全国科普日主题为“百年再出发,迈向高水平科技自立自强”。科技创新是煤炭行业实现高质量发展的重要支撑。从今天起,本报开设“百年再出发,迈向高水平科技自立自强”栏目,介绍煤炭行业的“黑科技”和创新成果,弘扬科学精神,推动煤炭行业高质量发展。

有人说,煤炭行业的数字化特征可以概括为全联接、全感知、全智能。新型传感器和摄像头等设备的应用,使煤矿实现了对环境、设备和人员状态的实时感知;万兆工业环网和5G、F5G通信技术的应用,让煤矿有了信息传输的高速公路;基于AI和大数据的智能应用,有利于煤矿在分析数据基础上科学决策。

在这场技术改革浪潮里,F5G作为通信手段,既连接起井下工作面与地面调度中心,又让传统思维与创新理念产生了碰撞。日前,记者走进全国首家应用F5G技术的煤矿——河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿,实地探访矿用F5G的落地过程及应用效果。

F5G遇到煤矿

F5G(the 5th Generation Fixed Network),即第五代固定网络,是欧洲电信标准协会于2020年2月定义的第五代固定网络技术和标准。F5G以光纤通信为主,具备超大带宽、安全可靠、确定性低时延的特点。目前,我国已部署全球最大的F5G网络,用户超过4亿人。

F5G缘何与煤矿产生了联系?这要从华为公司的光产业布局说起。今年5月,华为公司发布了F5G全光工业网解决方案。这份方案提供全光纤业务承载网络,具备安全可靠、极简部署、可视运维、灵活扩展、边缘智能等特点,可助力矿区安全监控、远程生产以及办公生活。

“联接是实现煤炭行业全感知和全智能的基础。传统的窄带无线通信和以太网技术已经无法满足需求,需要进行全面升级。F5G提供运力,与5G一起提供联接力,AI提供智力,计算提供算力,共同构成数字煤矿的基础设施。”华为公司相关人员在今年6月举办的全国首个F5G矿山商用发布会上表示。

这份F5G全光工业网解决方案,包含了华为公司与陈四楼煤矿开展的井下实践。一次偶然的机会,陈四楼煤矿调度室副主任景旭东从杂志上看到了F5G技术的介绍。其中,“超大带宽、安全可靠、确定性低时延”让他印象深刻。

“我们从2016年开始使用万兆环网,尝到了减人提效的甜头。不过,想要把网络延伸到更远的区域,我们需要一套移动性强、带宽更大、更适应井下环境的通信设备。”景旭东告诉记者。

陈四楼煤矿与华为公司取得了联系。针对该矿建立稳定、高效的立体式网络诉求,双方共同决定,将F5G工业光环网技术按照煤矿场景设计。随后,华为公司开展了专项设计,并反复验证技术可行性。

2020年6月,陈四楼煤矿在井下启动工业光环网设备安装。今年1月,经过不断施工与调试,陈四楼煤矿成功在MZ201综采工作面、2901综掘工作面和中央变电所部署了工业光环网设备。

“从左边这个点开始,我们把F5G辐射到右边这个点。”在调度中心,景旭东指着矿井拓扑图对记者说,“采煤工作面、掘进工作面和中央变电所是井下电力设备最多,也是最重要的3个场所。而且,井下生产和施工经常移动,需要更轻更灵活的设备。”

打通信息高速公路

今年3月发布的《煤矿F5G应用技术白皮书》指出,F5G在煤矿的应用主要包括三类产品,即光环网头端设备(ORH)、光环网终端设备(ORE)和无源光环网设备(ORP)。终端设备安装在井下,必须防爆,通过无源光环网设备(分光器)与光环网头端设备端口相连。终端设备连接井下设备,如摄像头和传感器。终端设备将数据上传到头端设备后,调度中心便能发出指令指导生产。

记者跟随相关人员来到井下。在中央变电所,记者看到,一个体积不大、形似路由器的黑色盒子挂在墙上。调度室自动化组组员王飞介绍,这是工业光环网终端设备。设备底部有几个插口,新增设备可通过预制的光纤即插即用。

王飞告诉记者,预制的光纤避免了井下熔纤操作;无源分光器替代了有源交换机和防爆箱;只在头端和终端布置有源设备的双层网络架构,可有效降低井下网络设备电火花风险。这些增强了F5G在井下应用的安全性。

同时,更轻便的设备降低了工人的劳动强度。王飞举例:“以前,工人施工铺设200米光缆(以轻铠计算),2个人需要抬300多斤;现在,预制光缆每米只有6克,1000米不到20斤,工人可以轻松背过去。”

除了更安全,F5G技术传输的视频画面还更清晰流畅。通过F5G网络,采煤工作面的高精度惯性导航数据、掘进工作面的掘进机控制信号、车辆信息和调度语音等地面辅助信息实现了实时回传。

“不卡顿对我们来说很重要。只要一发现卡顿,一种情况是网络堵塞,另一种情况是现场设备肯定停过,那我们就要进行相应操作。保证视频不卡顿,意味着传输稳定性要高。”景旭东表示。从调度中心显示的万兆环网与F5G技术回传画面对比图来看,后者确实更清晰。

F5G技术在陈四楼煤矿应用后,为矿区办公网络、视频监控、井上信息回传提供了超大带宽接入。基于光时域反射仪的智能光路诊断,让矿区能快速定位光纤链路故障,缩短业务暂停时间。

“在煤矿智能化建设中,高端装备是关键,测控技术是核心,但传输渠道却是瓶颈。”华为公司相关人员表示,“F5G的安全、极简、便捷,提供了一种通信新思路,让煤矿建设信息高速公路成为可能。此外,在F5G应用的带动下,未来将出现更多的应用场景,为智能化建设提供更多解决方案。”

“下一步,我们将逐步推行到一些正在建设的区域。”景旭东表示。同时,华为公司也与河南、贵州、内蒙古等地的煤炭企业开展合作,加速推进F5G产业化进程。

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