5G+煤礦智能化-煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)思路

一、什么是“5G+煤礦智能化”？

“ 5G+煤礦 智能化”是指建設(shè)煤礦井上井下5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)系統(tǒng)，搭建智能化煤礦融合管控平臺(tái)、企業(yè)云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)處理中心等基礎(chǔ)設(shè)施，打造“ 云-邊-端”的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景包括井下巡檢和安防、無(wú)人駕駛、智能采掘及生產(chǎn)控制等。

二、5G+煤礦智能化重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景

1、智能采掘及生產(chǎn)控制

基于5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延、高可靠等特性和網(wǎng)絡(luò) 切片技術(shù)，深入研究 5G 工業(yè)模組與煤機(jī)裝備的深度融合，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵大型煤機(jī)裝備 對(duì)5G通信的支持；開發(fā)基于煤礦 5G 網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)性控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)煤礦采掘和生產(chǎn)中各類信息的實(shí)時(shí)交互、遠(yuǎn)程控制，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化井下作業(yè)提供技術(shù)支撐。

2、環(huán)境監(jiān)測(cè)與安全防護(hù)

基于5G 網(wǎng)絡(luò)高速率、高可靠特性，實(shí)現(xiàn)井下可視化通信、實(shí)時(shí)高清視頻傳輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)與安全防護(hù)的海量高 清視頻數(shù)據(jù)承載需求，提供全礦井、全流程智能安全預(yù)警。

3、井下巡檢

基于5G 網(wǎng)絡(luò)大連接、高可靠特性和邊緣計(jì)算、5G 高精度定位等技術(shù)，研制支持5G 高精度定位技術(shù)的基站、終端及礦用傳輸?shù)仍O(shè)備，實(shí)現(xiàn)井下人員及裝備定位與信息實(shí)時(shí)交互，滿足井下巡檢需要。

4、露天/地下礦山無(wú)人駕駛

基于5G 網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延、高可靠特性和 5G 高精度定位技術(shù)，利用高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，開展礦山無(wú)人駕駛系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，實(shí)現(xiàn)安全、減員，支撐企業(yè)降本增效。

5、虛擬交互

基于5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延特性，探索虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng) 現(xiàn)實(shí)（AR）在煤礦井下的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)巡檢、專家遠(yuǎn)程輔助、生產(chǎn)培訓(xùn)等功能。

三、5G+煤礦智能化現(xiàn)狀

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的保障，當(dāng)前處于煤礦智能化發(fā)展的初級(jí)階段，是新一代信息技術(shù)與煤炭開采的有機(jī)結(jié)合，很多新的要求和問(wèn)題，在傳統(tǒng)4G、Wi-Fi條件下是難以解決的?！北热?，井下越來(lái)越多的傳感器使用、大量圖像及視頻數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)?。面向垂直行業(yè)智能化應(yīng)用的第五代移動(dòng)通信技術(shù)為上述問(wèn)題的解決提供了契機(jī)。5G具有高速率、低時(shí)延、大連接等特征，是煤礦智能化建設(shè)的重要支撐技術(shù)，其在煤炭領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和深度融合，將有效推動(dòng)煤炭生產(chǎn)、加工、利用和消費(fèi)模式 變革。作為“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃中十五個(gè)5G應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域之一，“5G+智能采礦”率先在煤礦領(lǐng)域取得成功應(yīng)用。

四、5G+煤礦智能化白皮書（2021版）的推出

2021年，煤礦5G融合應(yīng)用進(jìn)展迅速，煤礦5G應(yīng)用場(chǎng)景得到進(jìn)一步拓展， 由視頻傳輸進(jìn)一步拓展至遠(yuǎn)程操控、虛擬交互等。11月發(fā)布的《5G+煤礦智能化白皮書（2021版）》，重點(diǎn)介紹了一年來(lái)煤礦5G技術(shù)在技術(shù)研發(fā)、實(shí)踐應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面取得的進(jìn)展情況，闡述了煤礦5G應(yīng)用現(xiàn)存的突出問(wèn)題和下一步發(fā)展方向。

五、 煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)

《5G+煤礦智能化白皮書（2021版）》指出，當(dāng)前的煤礦設(shè)備主要通過(guò) 5G 智能網(wǎng)關(guān)接入5G網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重限制了5G系統(tǒng)低時(shí)延、大帶寬、廣連接性能。行業(yè)內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)出 煤礦專用 5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)。為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)除了應(yīng)符合 煤安認(rèn)證要求外，還應(yīng)進(jìn)行必要的 性能認(rèn)證。

煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)如下：

●采用本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)；

●采用全網(wǎng)通設(shè)計(jì)，支持各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的5G、4G網(wǎng)絡(luò)；

●支持的接口包括SIM卡插槽、TF卡插槽、天線接口、 LAN/WAN、RS232/RS485 等。

六、煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)推薦

在 5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大背景推動(dòng)下，飛凌嵌入式先后推出的FET1012A-C、FET1043A-C、FET1046A-C、FET1028A-C四款核心板，這幾款核心板都采用了Layerscape 系列的通信處理器，在網(wǎng)絡(luò)吞吐性能方面優(yōu)勢(shì)明顯，而且原生網(wǎng)口數(shù)量也比較多。

型號(hào)FET1012A-CFET1028A-CFET1043A-CFET1046A-C

CPULS1012ALS1028ALS1043ALS1046A

主頻1GHz1.5GHz1.6GHz1.8GHz

架構(gòu)1*Cortex-A532*Cortex-A724*Cortex-A534*Cortex-A72

內(nèi)存512MB2GB2GB2GB

存儲(chǔ)8GB8GB8GB8GB

網(wǎng)口總數(shù)量2678

網(wǎng)口最大速率2.5Gbps2.5Gbps10Gbps10Gbps

萬(wàn)兆網(wǎng)/電口數(shù)量--12

TSN不支持支持不支持不支持

PCIE1xPCIe2.01xPCIe3.03xPCIe2.03xPCIe3.0

UART2466

USB3.01233

eSDHC11--

WIFIPCIe/USB3.0PCIe/USB3.0PCIE/USB3.0PCIe/USB3.0

5GPCIe/USB3.0PCIe/USB3.0PCIE/USB3.0PCIe/USB3.0

Display port-4K--

系統(tǒng)Ubuntu-18.04.1Ubuntu-18.04.1Ubuntu-18.04.1Ubuntu-18.04.1

工作溫度-40℃~+80℃-40℃~+85℃-40℃~+80℃-40℃~+75℃

注：僅展示煤礦專用5G模組 符合參數(shù)，詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)聯(lián)系飛凌嵌入式客服索取。

為便于功能、性能驗(yàn)證，飛凌提供了兩款基于恩智浦Layerscape通信處理器設(shè)計(jì)的5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)可供選型參考使用。

型號(hào)FCU2303嵌入式控制單元FCU2201嵌入式控制單元

產(chǎn)品圖片

CPU 型號(hào)NXPLS1046ANXPLS1012

內(nèi)核數(shù)量4核單核

內(nèi)核架構(gòu)Cortex-A72\Cortex-A53Cortex-A53

主頻1.8GHz，1.6GHz1GHz

內(nèi)存2GB DDR4512MB DDR3L

存儲(chǔ)16MB QSPI NorFlash，8GB eMMC8GB eMMC

系統(tǒng)Ubuntu-18.04.1Ubuntu18.04、OpenWrt可選

工作溫度-40℃~+85℃-40℃~+80℃

Ethernet8路千兆網(wǎng)2路RJ45，10M/100M/1000Mbps自適應(yīng) EMS：ESD、EFT，Level 3

UART1路3線調(diào)試串口

RS4858路RS485（4路可復(fù)用為RS232）5路，EMS：ESD、EFT，Level 3

USB1個(gè)USB主口，可用于系統(tǒng)燒寫1路，USB2.0，可連接U盤做擴(kuò)展存儲(chǔ)或更新操作系統(tǒng)。

WIFIm.2 Type 2230接口，即E KEY標(biāo)準(zhǔn)接口，默認(rèn)外接INTEL 3168NGW模塊；雙頻WiFi，802.11 b/g/n/ac； 可做STA或AP，且AP模式下只支持2.4GHz。

移動(dòng)通訊5G模塊：移遠(yuǎn)RM500Q，4G模塊：華為ME909s，移遠(yuǎn)EC20可選配安裝5G或4G模組；或不安裝通訊模組

SD/SDIO1路 TFCard

LED電源、運(yùn)行狀態(tài)、4G/5G聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、RS485

SATA1個(gè)m2 m key接口，可以接m.2接口NVME協(xié)議的PCIE硬盤

RTC板載CR2032，斷電走時(shí)至少保持1年

開關(guān)量輸入2路光耦隔離

開關(guān)量輸出2路，電磁繼電器隔離

電源輸入額定電壓：12V5A，具備反接保護(hù)；9V-36V寬壓輸入，反接、過(guò)流保護(hù)

多功能按鍵1個(gè)復(fù)位按鍵，1個(gè)自定義按鍵操作系統(tǒng)復(fù)位
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