5G+煤矿智能化-煤矿专用5G智能工业网关设计思路
时间：2023-01-21 11:00:01
一、什么是5？G 智能煤矿？
“ 5G 煤矿 智能化是指煤矿井上井下5G构建智能煤矿集成控制平台、企业云平台、大数据处理中心等基础设施，构建网络基础系统 矿山工业互联网体系结构的重点应用场景包括地下检查和安全、无人驾驶、智能挖掘和生产控制。
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、延迟低、可靠性高 深入研究切片技术 5G 工业模块与煤机设备深度融合，实现重点大型煤机设备 对5G通信支持；煤矿开发 5G 实时控制平台实现煤矿开采和生产中各种信息的实时交互和远程控制，为实现无人井下作业提供技术支持。
2.环境监测和安全保护
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 清除视频数据承载需求，提供全矿井、全过程智能安全预警。
3、井下巡检
基于5G 网络大连接，高可靠性和边缘计算G 开发和支持高精度定位等技术G 基站、终端、矿用传输等高精度定位技术设备，实现地下人员和设备定位与信息的实时交互，满足地下检查的需要。
4.露天/地下矿山无人驾驶
基于5G 高速、低延迟、高可靠性 5G 高精度定位技术，采用先进的驾驶辅助系统，开展矿山无人驾驶系统的建设和应用，减少现场操作人员，实现安全和人员减少，支持企业降低成本和效率。
5、虚拟交互
基于5G探索虚拟现实（VR）与增强 现实（AR）实现现场实时检查、专家远程辅助、生产培训等功能。
三、5G 智能煤矿现状
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条件下难以解决。例如，越来越多的地下传感器被使用，大量的图像和视频数据被收集和传输。第五代移动通信技术为垂直行业智能应用提供了解决上述问题的机会。5G它是煤矿智能化建设的重要支撑技术，具有高速、低延迟、大连接的特点。它在煤炭领域的广泛应用和深度融合将有效促进煤炭的生产、加工、利用和消费模式 变革。作为扬帆行动计划中的155个G点应用领域之一，5G 智能采矿率先成功应用于煤矿领域。
四、5G 推出煤矿智能化白皮书(2021版)
2021年，煤矿5G融合应用进展迅速，煤矿5G进一步拓展应用场景， 从视频传输到远程控制、虚拟交互等。G 煤矿智能白皮书(2021版)G煤矿5G应用现有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 煤矿智能白皮书(2021版)指出，目前的煤矿设备主要通过 5G 智能网关接入5G严重限制网络5G系统延迟低，带宽大，连接性能广。该行业已经发展起来。 煤矿专用 5G智能工业网关。G除了智能工业网关， 除煤安认证要求外，还应进行必要的认证 性能认证。
煤矿专用5G智能工业网关设计如下：
●本质安全设计；
●5采用全网通设计，支持各运营商G、4G网络；
●支持接口包括SIM卡插槽、TF卡插槽、天线接口、 LAN/WAN、RS232/RS485 等。
六、煤矿专用5G推荐智能工业网关设计
在 5G在工业互联网的背景下，飞凌嵌入式相继推出FET1012A-C、FET1043A-C、FET1046A-C、FET1028A-C四个核心板，这些核心板都用了Layerscape 该系列通信处理器在网络吞吐性能方面具有明显优势，而且本地网口数量也较多。
| 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 |
p>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 |
