5G+煤礦智能化-煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)設計思路
5G+煤礦智能化
2021-12-16 09:11:00
5G
煤礦智能化
一、什么是“5G+煤礦智能化”？
“ 5G+煤礦 智能化”是指建設煤礦井上井下5G網(wǎng)絡基礎系統(tǒng)，搭建智能化煤礦融合管控平臺、企業(yè)云平臺和大數(shù)據(jù)處理中心等基礎設施，打造“ 云-邊-端”的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，重點應用場景包括井下巡檢和安防、無人駕駛、智能采掘及生產(chǎn)控制等。
二、5G+煤礦智能化重點應用場景
1、智能采掘及生產(chǎn)控制
基于5G網(wǎng)絡高速率、低時延、高可靠等特性和網(wǎng)絡 切片技術(shù)，深入研究 5G 工業(yè)模組與煤機裝備的深度融合，實現(xiàn)關(guān)鍵大型煤機裝備 對5G通信的支持；開發(fā)基于煤礦 5G 網(wǎng)絡的生產(chǎn)實時性控制平臺，實現(xiàn)煤礦采掘和生產(chǎn)中各類信息的實時交互、遠程控制，為實現(xiàn)無人化井下作業(yè)提供技術(shù)支撐。
2、環(huán)境監(jiān)測與安全防護
基于5G 網(wǎng)絡高速率、高可靠特性，實現(xiàn)井下可視化通信、實時高清視頻傳輸、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，滿足環(huán)境監(jiān)測與安全防護的海量高 清視頻數(shù)據(jù)承載需求，提供全礦井、全流程智能安全預警。
3、井下巡檢
基于5G 網(wǎng)絡大連接、高可靠特性和邊緣計算、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備，實現(xiàn)井下人員及裝備定位與信息實時交互，滿足井下巡檢需要。
4、露天/地下礦山無人駕駛
基于5G 網(wǎng)絡高速率、低時延、高可靠特性和 5G 高精度定位技術(shù)，利用高級駕駛輔助系統(tǒng)，開展礦山無人駕駛系統(tǒng)建設與應用，減少現(xiàn)場作業(yè)人員，實現(xiàn)安全、減員，支撐企業(yè)降本增效。
5、虛擬交互
基于5G網(wǎng)絡高速率、低時延特性，探索虛擬現(xiàn)實（VR）與增強 現(xiàn)實（AR）在煤礦井下的應用，實現(xiàn)現(xiàn)場實時巡檢、專家遠程輔助、生產(chǎn)培訓等功能。
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，當前處于煤礦智能化發(fā)展的初級階段，是新一代信息技術(shù)與煤炭開采的有機結(jié)合，很多新的要求和問題，在傳統(tǒng)4G、Wi-Fi條件下是難以解決的。”比如，井下越來越多的傳感器使用、大量圖像及視頻數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)取Ｃ嫦虼怪毙袠I(yè)智能化應用的第五代移動通信技術(shù)為上述問題的解決提供了契機。5G具有高速率、低時延、大連接等特征，是煤礦智能化建設的重要支撐技術(shù)，其在煤炭領(lǐng)域的廣泛應用和深度融合，將有效推動煤炭生產(chǎn)、加工、利用和消費模式 變革。作為“揚帆”行動計劃中十五個5G應用重點領(lǐng)域之一，“5G+智能采礦”率先在煤礦領(lǐng)域取得成功應用。
四、5G+煤礦智能化白皮書（2021版）的推出
2021年，煤礦5G融合應用進展迅速，煤礦5G應用場景得到進一步拓展， 由視頻傳輸進一步拓展至遠程操控、虛擬交互等。11月發(fā)布的《5G+煤礦智能化白皮書（2021版）》，重點介紹了一年來煤礦5G技術(shù)在技術(shù)研發(fā)、實踐應用、標準制定等方面取得的進展情況，闡述了煤礦5G應用現(xiàn)存的突出問題和下一步發(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，當前的煤礦設備主要通過 5G 智能網(wǎng)關(guān)接入5G網(wǎng)絡，嚴重限制了5G系統(tǒng)低時延、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)除了應符合 煤安認證要求外，還應進行必要的 性能認證。
煤礦專用5G智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)設計如下：
●采用本質(zhì)安全型設計；
●采用全網(wǎng)通設計，支持各個運營商的5G、4G網(wǎng)絡；
●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)設計推薦
在 5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大背景推動下，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)絡吞吐性能方面優(yōu)勢明顯，而且原生網(wǎng)口數(shù)量也比較多。
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型號 |
||||
|
CPU |
||||
|
主頻 |
1GHz |
1.5GHz |
1.6GHz |
1.8GHz |
|
架構(gòu) |
1*Cortex-A53 |
2*Cortex-A72 |
4*Cortex-A53 |
4*Cortex-A72 |
|
內(nèi)存 |
512MB |
2GB |
2GB |
2GB |
|
存儲 |
8GB |
8GB |
8GB |
8GB |
|
網(wǎng)口總數(shù)量 |
2 |
6 |
7 |
8 |
|
網(wǎng)口最大速率 |
2.5Gbps |
2.5Gbps |
10Gbps |
10Gbps |
|
萬兆網(wǎng)/電口數(shù)量 |
- |
- |
1 |
2 |
|
TSN |
不支持 |
支持 |
不支持 |
不支持 |
|
PCIE |
1xPCIe2.0 |
1xPCIe3.0 |
3xPCIe2.0 |
3xPCIe3.0 |
|
UART |
2 |
4 |
6 |
6 |
|
USB3.0 |
1 |
2 |
3 |
3 |
|
eSDHC |
1 |
1 |
- |
- |
|
WIFI |
PCIe/USB3.0 |
PCIe/USB3.0 |
PCIE/USB3.0 |
PCIe/USB3.0 |
|
5G |
PCIe/USB3.0 |
PCIe/USB3.0 |
PCIE/USB3.0 |
PCIe/USB3.0 |
|
Display port |
- |
- |
- |
|
|
系統(tǒng) |
Ubuntu-18.04.1 |
Ubuntu-18.04.1 |
Ubuntu-18.04.1 |
Ubuntu-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)，詳細參數(shù)請聯(lián)系飛凌嵌入式客服索取。
為便于功能、性能驗證，飛凌提供了兩款基于恩智浦Layerscape通信處理器設計的5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)可供選型參考使用。
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型號 |
||
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產(chǎn)品圖片 |
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CPU 型號 |
NXPLS1012 |
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|
內(nèi)核數(shù)量 |
4核 |
單核 |
|
內(nèi)核架構(gòu) |
Cortex-A72\Cortex-A53 |
Cortex-A53 |
|
主頻 |
1.8GHz，1.6GHz |
1GHz |
|
內(nèi)存 |
2GB DDR4 |
512MB DDR3L |
|
存儲 |
16MB QSPI NorFlash，8GB eMMC |
8GB eMMC |
|
系統(tǒng) |
Ubuntu-18.04.1 |
Ubuntu18.04、OpenWrt可選 |
|
工作溫度 |
-40℃~+85℃ |
-40℃~+80℃ |
|
Ethernet |
2路RJ45，10M/100M/1000Mbps自適應 EMS：ESD、EFT，Level 3 |
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|
UART |
1路3線調(diào)試串口 |
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RS485 |
8路RS485（4路可復用為RS232） |
5路，EMS：ESD、EFT，Level 3 |
|
USB |
1個USB主口，可用于系統(tǒng)燒寫 |
1路，USB2.0，可連接U盤做擴展存儲或更新操作系統(tǒng)。 |
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WIFI |
m.2 Type 2230接口，即E KEY標準接口，默認外接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。 |
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移動通訊 |
5G模塊：移遠RM500Q，4G模塊：華為ME909s，移遠EC20 |
可選配安裝5G或4G模組；或不安裝通訊模組 |
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SD/SDIO |
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1路 TFCard |
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LED |
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電源、運行狀態(tài)、4G/5G聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、RS485 |
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SATA |
1個m2 m key接口，可以接m.2接口NVME協(xié)議的PCIE硬盤 |
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|
板載CR2032，斷電走時至少保持1年 |
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開關(guān)量輸入 |
2路光耦隔離 |
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開關(guān)量輸出 |
2路，電磁繼電器隔離 |
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電源輸入 |
額定電壓：12V5A，具備反接保護； |
9V-36V寬壓輸入，反接、過流保護 |
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多功能按鍵 |
1個復位按鍵，1個自定義按鍵 |
操作系統(tǒng)復位 |
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