5G+煤矿智能化-煤矿专用5G智能工业网关设计思路

只看该作者 · 2021-12-16 17:00

一、什么是“5G+煤矿智能化”？

“ 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。

二、5G+煤矿智能化重点应用场景

1、智能采掘及生产控制
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。
2、环境监测与安全防护
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。
3、井下巡检
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。
4、露天/地下矿山无人驾驶
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。
5、虚拟交互
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。

三、5G+煤矿智能化现状

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。

四、5G+煤矿智能化白皮书（2021版）的推出

2021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。

五、煤矿专用5G智能工业网关

《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。
煤矿专用5G智能工业网关设计如下：
●采用本质安全型设计；
●采用全网通设计，支持各个运营商的5G、4G网络；
●支持的接口包括SIM卡插槽、TF卡插槽、天线接口、 LAN/WAN、RS232/RS485 等。

六、煤矿专用5G智能工业网关设计推荐
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。

型号
FET1012A-C
FET1028A-C
FET1043A-C
FET1046A-C

CPU
LS1012A
LS1028A
LS1043A
LS1046A

主频
1GHz
1.5GHz
1.6GHz
1.8GHz

架构
1*Cortex-A53
2*Cortex-A72
4*Cortex-A53
4*Cortex-A72

内存
512MB
2GB
2GB
2GB

存储
8GB
8GB
8GB
8GB

网口总数量
2
6
7
8

网口最大速率
2.5Gbps
2.5Gbps
10Gbps
10Gbps

万兆网/电口数量
-
-
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
-
4K
-
-

系统
Ubuntu-18.04.1
Ubuntu-18.04.1
Ubuntu-18.04.1
Ubuntu-18.04.1

工作温度
-40℃~+80℃
-40℃~+85℃
-40℃~+80℃
-40℃~+75℃
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。

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。

型号
FCU2303嵌入式控制单元
FCU2201嵌入式控制单元

产品图片

CPU 型号
NXPLS1046A
NXPLS1012

内核数量
4核
单核

内核架构
Cortex-A72\Cortex-A53
Cortex-A53

主频
1.8GHz，1.6GHz
1GHz

内存
2GB DDR4
512MB DDR3L

存储
16MB QSPI NorFlash，8GB eMMC
8GB eMMC

系统
Ubuntu-18.04.1
Ubuntu18.04、OpenWrt可选

工作温度
-40℃~+85℃
-40℃~+80℃

Ethernet
8路千兆网
2路RJ45，10M/100M/1000Mbps自适应 EMS：ESD、EFT，Level 3

UART
1路3线调试串口

RS485
8路RS485（4路可复用为RS232）
5路，EMS：ESD、EFT，Level 3

USB
1个USB主口，可用于系统烧写
1路，USB2.0，可连接U盘做扩展存储或更新操作系统。

WIFI
m.2 Type 2230接口，即E KEY标准接口，默认外接INTEL 3168NGW模块；
双频WiFi，802.11 b/g/n/ac；可做STA或AP，且AP模式下只支持2.4GHz。

移动通讯
5G模块：移远RM500Q，4G模块：华为ME909s，移远EC20
可选配安装5G或4G模组；或不安装通讯模组

SD/SDIO

1路 TFCard

LED

电源、运行状态、4G/5G联网状态、RS485

SATA
1个m2 m key接口，可以接m.2接口NVME协议的PCIE硬盘

RTC
板载CR2032，断电走时至少保持1年

开关量输入
2路光耦隔离

开关量输出
2路，电磁继电器隔离

电源输入
额定电压：12V5A，具备反接保护；
9V-36V宽压输入，反接、过流保护

多功能按键
1个复位按键，1个自定义按键
操作系统复位

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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