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5G+煤矿智能化-煤矿专用5G智能工业网关设计思路

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发表于 2021-12-16 16:58 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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一、什么是“5G+煤矿智能化”?
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  f3 ~/ C$ H) z“ 5G+煤矿 智能化”是指建设煤矿井上井下5G网络基础系统,搭建智能化煤矿融合管控平台、企业云平台和大数据处理中心等基础设施,打造“ 云-边-端”的矿山工业互联网体系架构,重点应用场景包括井下巡检和安防、无人驾驶、智能采掘及生产控制等。
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6 E: a' p. q  F- A2 f二、5G+煤矿智能化重点应用场景& w  l/ g# ?$ g+ i* A" g

. c/ L" o  C/ e6 @* N+ Y7 h1、智能采掘及生产控制
5 Q( T0 {* e( E% }+ D基于5G网络高速率、低时延、高可靠等特性和网络 切片技术,深入研究 5G 工业模组与煤机装备的深度融合,实现关键大型煤机装备 对5G通信的支持;开发基于煤矿 5G 网络的生产实时性控制平台,实现煤矿采掘和生产中各类信息的实时交互、远程控制,为实现无人化井下作业提供技术支撑。' E- Q# M+ l5 Q  k+ G8 [9 n8 v
2、环境监测与安全防护& F+ g# C, }5 A4 U1 n
基于5G 网络高速率、高可靠特性,实现井下可视化通信、实时高清视频传输、环境监测数据采集,满足环境监测与安全防护的海量高 清视频数据承载需求,提供全矿井、全流程智能安全预警。& K( e$ G8 W! Y) N; W" z) S
3、井下巡检* P6 H( U( X& E( r1 M$ m' B9 U
基于5G 网络大连接、高可靠特性和边缘计算、5G 高精度定位等技术,研制支持5G 高精度定位技术的基站、终端及矿用传输等设备,实现井下人员及装备定位与信息实时交互,满足井下巡检需要。' I* u  Z* @0 p0 K1 K
4、露天/地下矿山无人驾驶
1 U5 _, A( a& b* q; A" b$ S基于5G 网络高速率、低时延、高可靠特性和 5G 高精度定位技术,利用高级驾驶辅助系统,开展矿山无人驾驶系统建设与应用,减少现场作业人员,实现安全、减员,支撑企业降本增效。6 R: E* F3 r& {
5、虚拟交互' R0 [" p9 I5 D) u6 I9 R! p
基于5G网络高速率、低时延特性,探索虚拟现实(VR)与增强 现实(AR)在煤矿井下的应用,实现现场实时巡检、专家远程辅助、生产培训等功能。2 X: u# d) O8 H; P: t0 z" Z1 S( }! f
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三、5G+煤矿智能化现状
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0 q0 B8 k) q- q* z3 [  Y煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障,当前处于煤矿智能化发展的初级阶段,是新一代信息技术与煤炭开采的有机结合,很多新的要求和问题,在传统4G、Wi-Fi条件下是难以解决的。”比如,井下越来越多的传感器使用、大量图像及视频数据采集传输等。面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术为上述问题的解决提供了契机。5G具有高速率、低时延、大连接等特征,是煤矿智能化建设的重要支撑技术,其在煤炭领域的广泛应用和深度融合,将有效推动煤炭生产、加工、利用和消费模式 变革。作为“扬帆”行动计划中十五个5G应用重点领域之一,“5G+智能采矿”率先在煤矿领域取得成功应用。
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3 B  x- E3 U& R3 }* _: h四、5G+煤矿智能化白皮书(2021版)的推出
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5 Y1 c, Q' H3 l" G2021年,煤矿5G融合应用进展迅速,煤矿5G应用场景得到进一步拓展, 由视频传输进一步拓展至远程操控、虚拟交互等。11月发布的《5G+煤矿智能化白皮书(2021版)》,重点介绍了一年来煤矿5G技术在技术研发、实践应用、标准制定等方面取得的进展情况,阐述了煤矿5G应用现存的突出问题和下一步发展方向。; h- o7 g/ T4 [' B6 }' y3 |4 F+ ~
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# r( i: d' Q8 C, s6 P- A& U
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五、 煤矿专用5G智能工业网关2 f) S- Z  i7 V1 S) ~6 u/ D  o
  h( v6 O; t( b# k( V
《5G+煤矿智能化白皮书(2021版)》指出,当前的煤矿设备主要通过 5G 智能网关接入5G网络,严重限制了5G系统低时延、大带宽、广连接性能。行业内现已开发出 煤矿专用 5G智能工业网关。为保证数据传输质量,5G智能工业网关除了应符合 煤安认证要求外,还应进行必要的 性能认证。
3 s4 W( b; {) d3 s) [0 Y/ Q煤矿专用5G智能工业网关设计如下:
" N5 g& _5 W5 R: D5 |/ b3 h5 w●采用本质安全型设计;
8 K  Q& F0 F7 n& ?! N●采用全网通设计,支持各个运营商的5G、4G网络;
; u4 e5 @# c. g●支持的接口包括SIM卡插槽、TF卡插槽、天线接口、 LAN/WAN、RS232/RS485 等。; W7 Q* K% j" R
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六、煤矿专用5G智能工业网关设计推荐0 t8 O" ?1 T# u6 V' c
在 5G和工业互联网的大背景推动下,飞凌嵌入式先后推出的FET1012A-C、FET1043A-C、FET1046A-C、FET1028A-C四款核心板,这几款核心板都采用了Layerscape 系列的通信处理器,在网络吞吐性能方面优势明显,而且原生网口数量也比较多。4 w) e  t3 @8 _! _) y/ D; X. ^8 u

7 D" C% C  ]9 z
. `, s2 p- @4 k& I
                                                                型号
; b4 _  b  B3 Q8 J                                                                        FET1012A-C
& G4 n4 M) ~9 s                                                                        FET1028A-C
; k# y/ P: O6 q$ y                                                                        FET1043A-C
5 V& j) n0 Y. E2 [, I                                                                        FET1046A-C
7 Y7 q- m. A3 n3 H' W2 B( j4 x0 G                                       
+ ?! M" }1 ^8 y: E: @5 K9 H! z                                                                                CPU! Q: `5 K& Y: j! Q
                                                                        LS1012A
) H/ Y& R: R  N, [                                                                        LS1028A! B2 m3 }7 d, J1 G/ K3 S* K
                                                                        LS1043A# J% H; y( N2 V7 h4 S9 o
                                                                        LS1046A
6 S* w% L  m# _! u% x  Q( F. a4 v                                        # S% D& H0 P4 Q, c5 B
                                                                主频
: N( Q2 E2 T: l9 U, @                                                                        1GHz
% y  a! n# l* a, F) s                                                                        1.5GHz2 u7 M# c8 {; Z
                                                                        1.6GHz
& _) @, J0 M, Q* }, Q                                                                        1.8GHz
8 T: f+ N! f! q8 j) P# z0 Y                                        3 P! a/ b/ s" H. \& x0 T) G3 B: I
                                                                架构- g1 {: B7 k- z3 n
                                                                        1*Cortex-A53- h+ l. s# u9 U0 v2 ~5 {
                                                                        2*Cortex-A72. c- j- l& D" B2 |1 W6 d: _0 v
                                                                        4*Cortex-A53* s: s) g- C) i6 m6 K
                                                                        4*Cortex-A72
8 T/ u5 ~' s# A' e. t; u                                          w+ m, v$ i' K' X# \
                                                                内存
2 I  G/ f: d; j, b( ^                                                                        512MB/ w' _6 U+ T" \. e$ E, c. j8 ?
                                                                        2GB6 l/ C7 a/ G+ o/ Y6 f. v' K' g! K
                                                                        2GB" R# K( b2 m: U9 ]9 ~$ K. ?. z
                                                                        2GB
$ \' r) ~' u2 }( R                                       
' W, T3 C3 W+ J$ O7 Q                                                                存储3 w* m$ a7 Q2 r: f  x- [3 a4 |
                                                                        8GB% H& V. A. p3 Y/ {3 u& p: x; h
                                                                        8GB
7 E3 T+ g# |; J7 o3 v                                                                        8GB4 p! M. Y! \) h5 ^6 R/ k+ Q3 c, s; s  v
                                                                        8GB- Z: Q  e4 M4 J( C( b0 i
                                        $ {5 y+ F! a6 i: a, G
                                                                网口总数量
" ~" Z- z" J3 X1 W; Y                                                                        2
9 g6 k5 q5 I6 j6 q; R" ?                                                                        68 O; T1 y6 ~6 v) m' u/ V
                                                                        7- l( v4 ^% z- n  M
                                                                        8
2 Y' H% D6 x& Q5 p( I                                       
+ e* z- c& s6 _2 ~                                                                网口最大速率# g$ A  c0 H+ m0 Z, z0 Z0 {
                                                                        2.5Gbps
4 j' |, L7 ^' j! `9 Q9 i. g                                                                        2.5Gbps
) _+ h1 W( j6 N& E* {2 q                                                                        10Gbps
4 t% n. j2 ~/ V! f4 ?2 e                                                                        10Gbps
: W6 t0 y1 Z4 K; [- u# }+ o                                       
, T/ K' J$ e/ P2 m2 m# k                                                                万兆网/电口数量+ O% Z+ N5 `3 |4 H9 [5 q# C1 F7 X
                                                                        -$ {* g+ L8 i; J% _  I
                                                                        -
) A: ?, i4 G# w# I                                                                        1* m9 a2 z1 J: J& a# R* ?, g
                                                                        2
% d9 e' s/ k" A9 D) S3 R/ N                                        & Q7 q8 `& ?( A! L
                                                                TSN1 x9 B1 u5 `1 F3 `) `$ J, p+ N7 T1 P
                                                                        不支持
, ^1 e. c# M& U/ L$ N- i                                                                        支持. ]! Y0 a- j! i; p* I. F
                                                                        不支持
; O. i$ D; S" C$ T  {                                                                        不支持
3 s6 E& E/ E# e& y                                        0 D, W! [7 ^. c' ~: j4 m
                                                                PCIE6 e  N2 ~& X. \% t, [5 S
                                                                        1xPCIe2.08 G: ]; e% h4 C
                                                                        1xPCIe3.0
; C) S4 `" q4 o" L% T5 T. }+ u0 l                                                                        3xPCIe2.06 k( r. w+ Q! z0 L4 i
                                                                        3xPCIe3.0& z5 o/ ]  B' q% L$ ]/ f0 [
                                        / W- h* K; a8 h0 p) [6 x
                                                                UART, e& R+ K4 S" p/ m4 E6 S! g: j' b
                                                                        2
% ~2 w0 C6 u0 [1 e$ u* T0 f                                                                        4
5 a: Q" ^$ t$ o& T+ [8 r! h                                                                        6; y9 H" Z0 f1 |0 q: p) R
                                                                        6
: ~: ?+ K# @. R- ~0 X                                       
9 {% q; z+ G, |% o3 o) O                                                                USB3.0
$ v# ?+ {) ~3 C3 S8 w                                                                        1
0 }& {2 b, m/ ^* |1 b                                                                        2
2 U, t2 o7 v: i. k8 @                                                                        3
( @9 a; q3 t  u( x                                                                        3& P* d. `/ j5 @7 u  V3 K
                                       
2 N# V8 b3 l& E. K; k# w                                                                ESDHC. P/ A0 `1 T2 w& C* T1 o
                                                                        1/ e& ]: M1 {% c) G
                                                                        12 t- W2 i5 H( H# t9 x
                                                                        -+ p  `& w% N8 l+ B9 L7 y. ~# W
                                                                        -, E" M$ D8 Q' u0 `8 Y/ a9 o
                                          d4 d1 `: T' g
                                                                WIFI
+ c4 N- i5 `. X, m$ r                                                                        PCIe/USB3.0
9 m* g9 |& H$ W" n  x4 P                                                                        PCIe/USB3.08 Z! D3 o- Z. o+ Z3 V
                                                                        PCIE/USB3.0
+ b, v# Z0 V/ i! N8 G% p3 h$ H+ i                                                                        PCIe/USB3.0
& z3 ~1 @9 _% J9 {2 Q* S                                       
" Z7 J& D6 o' |2 ?) L/ e, V                                                                5G  s' _( I/ p1 o% Q" V/ N) I
                                                                        PCIe/USB3.0
4 r  N# ?6 V" U8 n+ ]/ G                                                                        PCIe/USB3.0& r9 ?/ s% A6 c4 Q- U
                                                                        PCIE/USB3.07 }2 m- H+ u- A; z6 T6 ^
                                                                        PCIe/USB3.0
" i; m' A+ }$ s: `  Z0 _* l                                        4 y5 }! {$ B/ s5 Z: P( I3 b, R; m
                                                                Display port
# U4 p8 z9 e& q( {                                                                        -6 w( H" V, C6 P6 y4 T- [7 \- A0 f
                                                                        4K8 {' J, n# G& {- G4 I1 J" p2 v7 c
                                                                        -
, A3 N  a2 W9 W5 {                                                                        -
* ?1 g2 A3 ?8 x! ?5 u# i; C5 B                                       
7 A" W0 Z, J0 [5 a                                                                系统
" p3 U# i+ I5 h4 Q/ L% v$ G                                                                        Ubuntu-18.04.1
! q' J9 [. I+ [5 }+ y; E) y9 U                                                                        Ubuntu-18.04.1
( n1 I( Q" z! ]# [& b; Q6 F; L                                                                        Ubuntu-18.04.1$ a$ G( V! G; N" J0 `( C
                                                                        Ubuntu-18.04.1
( |+ H8 u9 g3 B5 E1 Q( _/ Z/ M+ z                                       
$ ~* L' Z8 ]1 ^) I0 d                                                                工作温度- T. a5 D: {  I! f
                                                                        -40℃~+80℃0 c; S* }# I" f0 {6 P; c% p5 j
                                                                        -40℃~+85℃
- f- l! }) K) L1 [6 k                                                                        -40℃~+80℃% c, Z' e  I8 k/ u
                                                                        -40℃~+75℃
# }, r; ~4 K; |) f/ O                                        注:仅展示煤矿专用5G模组 符合参数,详细参数请联系飞凌嵌入式客服索取。+ f) n7 ^4 \) V% Q

: {& M! W6 j5 z- {$ T为便于功能、性能验证,飞凌提供了两款基于恩智浦Layerscape通信处理器设计的5G工业网关可供选型参考使用。; ~0 `% F* F1 K" T+ C( c, j

+ A  |/ ^( h0 v  m  Y                                ' ^4 b$ y' i. ^2 n
                                                                                型号+ L% [8 s$ x5 d1 {0 {
                                                                        FCU2303嵌入式控制单元
" w6 X" h/ {' n* C                                                                        FCU2201嵌入式控制单元
1 O* j6 \& L/ y; Z: {& e5 g/ n                                       
& M; ^6 l# c0 [2 b  Z                                                                产品图片
% s" E+ [& Y, N. w- i2 K: p                                                                       
( O# |5 S4 k' D+ k4 B: t% `                                                                       
* q- E6 T) b3 K; ]. `. [                                        1 `6 b( k/ ^, g9 t3 C) B
                                                                CPU 型号0 j. `! ^8 _1 u: {  p! m5 d4 k  D
                                                                        NXPLS1046A
  V6 v/ t; c7 V3 B) m3 T                                                                        NXPLS1012
  E& P( C( F+ _+ C                                        1 s. I) E$ `! G) z+ ^& o
                                                                内核数量
: s" A' B( a2 g. p$ Z; E                                                                        4核
6 q+ |" {& |3 {" u' u/ V                                                                        单核* v, l' j7 g. N" f" H
                                        8 @, @1 U' p3 b  _: @) j+ D
                                                                内核架构
* {6 K, Y: l: L& V6 Y$ F7 Z1 J                                                                        Cortex-A72\Cortex-A53  H: L% {" M, o2 h
                                                                        Cortex-A53
7 p/ S3 p2 W( k% d( s& u                                       
4 F4 B+ E2 k, l- }# l- k                                                                主频
6 {  I, `- `# D                                                                        1.8GHz,1.6GHz. i2 O4 J# B, y
                                                                        1GHz
( p4 X  }8 B( z* U                                       
" C+ v: D% A+ l' b7 x. q1 Y. a                                                                内存
3 _! P! h4 W5 N) y$ k2 P+ o# G                                                                        2GB DDR4
! P- q& M, b1 X- \' E                                                                        512MB DDR3L7 Y! i4 C# R. v! i  \( N; W0 B
                                       
1 z. u, |) }0 e: T( E( [                                                                存储
- n+ o$ L( u( f! V8 j$ H0 }' U                                                                        16MB QSPI NoRFlash,8GB eMMC1 y: J+ r* ~, T& T4 k
                                                                        8GB eMMC
# S2 M1 u: V6 o: c2 ?( Q; y6 B                                        . c/ \! S1 w, @: k9 p! k
                                                                系统1 P. G: R, I7 i0 g$ a9 x  q2 w+ v
                                                                        Ubuntu-18.04.1
$ g9 n0 Y/ t* ~                                                                        Ubuntu18.04、OpenWrt可选- m+ ]% `8 H' O. a! F+ B
                                       
3 j. E+ f5 m, i2 T                                                                工作温度/ L% I  O- [$ }7 [  O4 n- x' m3 F( U
                                                                        -40℃~+85℃
8 `% q& A2 A) W7 v6 A$ d% K  M                                                                        -40℃~+80℃! d& R  V* m( i# c& @
                                       
% \/ a& e, J8 [                                                                Ethernet+ I7 d0 M% L: p- t* e2 d7 Z4 ^5 C
                                                                        8路千兆网
6 }3 ^" f7 U6 {% X                                                                        2路RJ45,10M/100M/1000Mbps自适应 EMS:ESD、EFT,Level 3
9 ^- k$ _+ R0 R* X7 J                                        : @% I+ s7 \& z! l0 B$ b; j
                                                                UART+ h3 y9 r3 Y# W3 S; q9 \
                                                                        1路3线调试串口
9 x' {7 }( j0 Y8 ~: e                                                                        : O; S8 o. g6 \$ }
                                        7 h3 `  M% j2 N8 V7 J7 ~
                                                                RS485
6 ]) B- n9 `$ s                                                                        8路RS485(4路可复用为RS232)- ~7 {2 G' v1 o" U
                                                                        5路,EMS:ESD、EFT,Level 3
& t# X( R+ b6 Q" ^                                       
% m( k. ?- |+ `1 k# Z. h1 Z0 R                                                                USB
9 G4 O7 U" t, L$ T6 o* d                                                                        1个USB主口,可用于系统烧写
4 }1 |. x( C6 d* p7 b; ?                                                                        1路,USB2.0,可连接U盘做扩展存储或更新操作系统。
2 S9 n( ]1 j4 d5 r# |! z  L                                       
4 o; p6 A/ |! N: o! h0 Z                                                                WIFI0 y* D- Z3 v# O- j
                                                                        m.2 Type 2230接口,即E KEY标准接口,默认外接INTEL 3168NGW模块;
8 G* p8 \4 ]% s! ]                                                                        双频WiFi,802.11 b/g/n/ac; 可做STA或AP,且AP模式下只支持2.4GHz。
) {. s" Z2 g; @- u* y  C                                        . d1 x* A* ?# G4 p
                                                                移动通讯
$ _, b8 Q5 T, T' B                                                                        5G模块:移远RM500Q,4G模块:华为ME909s,移远EC20
8 b7 u! a% A5 E: F& [* ^                                                                        可选配安装5G或4G模组;或不安装通讯模组2 q4 K9 x$ p  P$ D2 V
                                        " Z) a8 G# P6 r5 V# b. E
                                                                SD/SDIO/ n! p4 @1 ~  Z# Q0 @) s" N
                                                                       
4 m1 F, T) P" K' V: s$ V                                                                        1路 TFCard* L, J3 l: `2 _) _! p: s
                                        4 c$ t1 b% _( z; g# P  d$ k
                                                                LED8 X/ F/ Q8 S) e) ^1 h, K% n3 |9 P
                                                                       
) M* w5 Q# a% s                                                                        电源、运行状态、4G/5G联网状态、RS4853 `4 {* g, u+ N5 k" l7 G
                                       
  a' K, L8 u: Z% `$ A2 B) v1 {( o                                                                SATA& Z$ c( U5 l7 I( @) B
                                                                        1个m2 m key接口,可以接m.2接口NVME协议的PCIE硬盘$ D7 h; b2 Q3 ^2 @+ r
                                                                        9 j& D& A1 {3 \5 |5 X
                                        3 R  ]: S& I! k
                                                               
7 Y  V* a+ d4 F2 Z* ~. W) H; X$ A                                                                       
3 N, E8 }$ M0 n8 [# k                                                                        ( X9 S0 O% u& |  @) e- p3 U9 X8 {
                                        1 w/ m0 f, s# d% ^# [; l
                                                                RTC
3 w! t3 Y4 F2 B: ^& o( L                                                                        板载CR2032,断电走时至少保持1年
/ c( s* L. R/ K% v. w; r( i" r- S/ h                                                                        5 P8 B9 e8 G3 i
                                       
) K6 ?' N0 z! l% ^                                                                开关量输入; Z) V) S# w  D5 y& ^5 z! ~& i
                                                                        2路光耦隔离
6 F8 ?3 z1 J0 j& H                                                                       
! Q* d# O% L( ~* }" P                                        $ q# ]: u; R* x* c
                                                                开关量输出
- B2 j/ D& m3 o                                                                        2路,电磁继电器隔离. X) o, J3 g; H4 _" a
                                                                       
5 ]9 C7 G! ~' x4 H, k" F+ B                                        , V. M, D' w0 |6 t: A
                                                                电源输入
1 e1 N8 v0 A# a; S. w$ S                                                                        额定电压:12V5A,具备反接保护;
/ b6 [/ o- m' S: U  n                                                                        9V-36V宽压输入,反接、过流保护
% Z% F7 G: K( H& n  k1 H- ?                                        5 g* X. \6 g% g! z4 N
                                                                多功能按键
! a/ K: P, z# m% T6 b6 B                                                                        1个复位按键,1个自定义按键
  S  }2 p: P( q- L0 q9 k" I                                                                        操作系统复位
" {5 P$ G( H' J' t9 |& |                                        ​- D4 a; i1 ?' A; N7 z: h5 `" g- }

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2#
发表于 2021-12-16 17:55 | 只看该作者
电源可以防反接

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3#
发表于 2021-12-20 18:52 | 只看该作者
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障
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