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1、碾沟煤矿工业以太环网技术方案工业以太网系统技术方案一、前言近年来，随着世界科技的发展与全球化，我国提出了两花融合的战略目标，两华融合是 信息化和工业化的高层的深度结合，是指以信息化带动工业化、一工业化促进信息化，走新 型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式，两化融合在煤炭产 业就是煤矿生产过程监控，全矿井安全生产安全环境监测，生产过程信息综合利用等方面的 自动化、智能化和网络化。通过建立以工业以太网维基础平台，实现各自动化控制系统的集 中监控，形成完整的管制一体化综合应用系统。以太网视一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技 术标准
2、。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问协议的内容。以太网视当前应用最 普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网、FDDI和ARCNET.以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网为了最大程度的减少冲突， 最大程度的提高网络速度和使用效率，使用交换机来进行网络连接和组织，这样，一台瓦那 个的拓扑结构就成了星型，但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（即带冲 突检测的载波监听多路访问）的总线争用技术。二、系统实施细则作为减少数字化矿井，必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计，其最终的效益要体 现在煤矿企业整体效益上，而非在某个生产局部环节，因此作
3、为数字化矿井构架必须充 分考虑影响企业最终效益的方方面面，必须涵盖煤矿企业经营管理、安全监控、生产控 制、设备监控等各个层面。2.1 系统设计原则考虑到阳泉煤业集团和顺新大地煤矿综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋 势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目是 设计原则为：“先进性、成熟性、使用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查性、 互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正 常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则：先进性、成熟性使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生
4、命 周期，不盲目追求高档次，既满足当前的需求，又适应未来的发展。实用性由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大 程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应 保证网络的处理能力和宽带。可靠性高效稳定的系统，能提供全年365天，一天 24小时的不停顿运作，对于安装的服务器、 终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应 煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定，实时监控的不可间断性决定了 在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出 现意外时，
5、整个系统仍能运行。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量， 并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。安全性网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包 括：防病毒，防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。易操作性 先进且易于使用图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有 效工具。实时性 设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的要求 完整性 提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。 可查询性 提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息机制作所需
6、的报表。 互联性和可扩展性 把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间 的互联性和可扩展性，充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合 未来功能及扩充项目需求，以避免将来重复的投资。标准化。结构化、模块化的设计思想贯 彻始终，奠定了系统开放性，可扩展性，可维护性，可靠性和经济性的基础。经济性 在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、 完善的网络系统。所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能能和价格比最优的原则，同时 兼顾供货商的自信度和维修服务能力2.2 项目目标 系统建成后，能够满足业主的需求，把各子系统有机整
7、合在一起，能使煤矿井上下各 生产环节的生产工况信息在现有条件下进行有效集成，能够将各子系统的数据进行深入挖 掘，进而实现相关联业务数据的综合分析以及生产状态的实施评估，达到“管控一体化”和 统一调度指挥决策的目标。建立两个独立的以太网系统，井下公共环网和通风瓦斯检测专用 环网，做到1、具有故障点报警功能，主要设备能相互备份2、当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或相应的网络设备发生故障时，整个网络会 自愈，并在 50ms 内恢复正常的通讯，构成三级冗余。3、各监测系统人数据实现综合集成，各系统实时数据统一数据库存储。2.3 系统设计依据 国际标准国际标准化组织标准（ISO）国际电气电子工程师协会
8、标准（IEEE）国际电工委员会标准（IEC） 以太网通讯标准国家标准 煤矿安全规程（2010） 煤矿安全监控系统总体设计规范 煤矿监控系统中心站软件开发规范 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（ AQ1029-2007） 爆炸性气体环境用电气设备 第 1 部分：通用要求 GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d” GB3836.2-2000 爆炸性气体环境用电气设备第3部分：增安型“e” GB3836.3-2000 爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i” GB3836.4-2000 微型计算机通用规范 GB/T9813-2000电子计算机场地通用规
9、范GB/T2887-2000煤矿安全监控系统通用技术要求 AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求(MT/T1008-2006)煤矿瓦斯抽放规范 AQ1027-2006矿井抽放瓦斯工程设计规范 MT5018-96矿用一般型电气设备 GB/T12173-2008通用用电设备配电设计规范 GB50055-93矿山电力设计规范 GB50070-2009煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求 MT209-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本实验方法 MT210-90煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法 MT/T286-1992煤矿监控系统主要性能测试方法 MT/T899-
10、1999计算机场地技术要求 GBJ45-82计算机场地技术条件 GB2887-89以太网通讯标准 IEEE802.3建筑设计防火规范 GBJ16-37电气设备用图形符号 GB/T5465-1996电气装置安装工程施工及验收规范 GBF232-92视听、视频和电视系统中设备互连的优选配接值 GB/T15859-19952.4 网络结构为了推进“两化融合”，确保数据的安全稳定上传，碾沟煤业需要在煤矿井下建立工业以 太网。考虑到通风外事坚持到的特殊性。要求采用独立的一个环网进行数据传输，命名为“通 风瓦斯监测专用环网”简称瓦斯环网。除瓦斯监控外的所有系统共用一个环网，命名为“井 下公共环网”。考虑到
11、两个环网相互独立，互相备份，要求两个环网在设计及设备选购上完全一致。 通风瓦斯监测专用环网和井下公共环网采用 1000M 工业以太环网技术构成煤矿井下网络 平台，实现在矿调度中心通过集中远程实时在线监测矿井的安全信息、工况信息、图像信息、 控制矿井井下、地面主要生产系统和辅助生产机电设备。系统分为三层，即信息管理层、控 制层和设备层。矿井工业以太环网系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化，信息、 计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和共一页控制 软件、数据库软件，将煤矿、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完 整的有机整体，使其在
12、生产规模、系统结构、网络通讯、自动化覆盖方面处于世界先进水平、 矿井综合自动化系统网络采用三层物理网络结构，即信息管理层、控制层和设备层。 系统示意图：信息管理层网络系统配备核心工业以太网交换机，形成若干核心交换系统，与井下工业以太环网和地面以太环 网形成一个完整的网络传输平台，采用Ethernet，通过TCP/IP协议，将各个子系统接入煤矿 信息系统。综合自动化层网络系统在井下设置两个独立的高速以太环网，主干链路采用千兆环网光纤。在核心层采用千兆工 业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具有高 冗余性能。由核心交换到控制层工业网采用1000M主干连接，实现
13、控制层网络与信息层网 络的有效隔离，控制层采用两个环形工业以太网结构，井下两个1000M环形以太网，一个 井下公共以太网，一个专用瓦斯监测的以太网，组成两个相对独立的环形以太网在控制汇聚 交换机处实现互联互通、信息共享。设备层网络结构生产过程监测监控层是由各个专业的生产过程监测、监控子系统构成，完成煤炭生产各个 环节的过程监测及自动化控制。这些子系统采用的技术和结构形式可以多种多样，例如，可 以是基于PC的分布式系统，PLC系统，也可以是智能化的机电一体化的设备，通过总线方 式接入工业以太网信息监控层网络节点联网。该层主要功能是实现对井下各安全参数的监测 和对采区工作面主要设备的控制与监测。2
14、.5 网络安全设计网络的安全是安全生产网络方案的一个重要的设计内容、网络安全主要实现在网络的在 TCP/IP 及以下层次上，所以，设计控制只有获得授权的用户与系统中允许他访问的节点， 在指定的TCP或UDP端口上进行通信。随着网络、通信技术的发展，网络丰富的信息资源给用户带来了方便，同时也给网络带来 了安全问题的隐患。计算机网络不仅要保护计算机网络设备安全和计算机网络系统安全，还 要保护数据安全。煤矿安全生产系统网络平台中，调度数据中心各个数据服务器系统是关键系统，需要不间 断为各生产环节及调度中心提供服务。即使发生段在的业务中断，也会导致难以估量的经济 和名誉损失。在网络系统中，经常可能会导
15、致业务系统中断的主要原因有以下几类：1 、 系统硬件故障 如数据/系统磁盘的损坏将导致数据不能访问，并进而可能导致应用进程货系统停机， 甚至系统不能重启动；网卡的损坏可使终端用户无法访问系统服务；CPU或内存的实 效则会导致系统的司机2、应用程序或操作系统出错 由于操作系统或应用程序中可能存在不完善的地方，当碰到某种激发事件时，应用程 序非正常终止或系统崩溃（只能通过改善程序或系统来解决）3、人为错误一些人工的误操作，如删除系统或应用文件，终止系统或应用服务进程，也会导致系 统服务无法访问；4、电脑病毒/骇客入侵 由于目前的大多数计算机系统均连接在网络上，若缺少有效地防范机制，很容易遭受 病毒的感染或骇客的入侵，轻者数据被损坏，重者系统瘫痪（只能通过加强管理杜绝）；5、自然灾害 由于一些意外的不可抗拒的因素，如雷击、火灾、洪灾等导致的计算机系统破坏，将 会使一般系统的恢复非常困难和耗时，导致业务系统长时间的中断（通过避灾系统来 解决）6、正常的停机 主要只计划内的系统升级、安装软件、系统备份等过程。 由上可见，影响系统正常运行的因素很多，因为在系统中断时能够在最短使劲内恢复 数据是最重要的，所以需要采用一套存储系统对数据库进行存储备份保护 构建一个安全的网络环境，就是针对非法入侵者采用的手段以及网络环境中存在的漏 洞，并结合实际的网络环境，建立起一套安全的防范系
