工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)方案

1、碾溝煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)方案工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)方案一、前言近年來(lái)，隨著世界科技的發(fā)展與全球化，我國(guó)提出了兩花融合的戰(zhàn)略目標(biāo)，兩華融合是信息化和工業(yè)化的高層的深度結(jié)合，是指以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、一工業(yè)化促進(jìn)信息化， 走新型工業(yè)化道路；兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式， 兩化融合在煤炭產(chǎn)業(yè)就是煤礦生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，全礦井安全生產(chǎn)安全環(huán)境監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程信息綜合利用等方面的自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。 通過(guò)建立以工業(yè)以太網(wǎng)維基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控，形成完整的管制一體化綜合應(yīng)用系統(tǒng)。以太網(wǎng)視一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE制定的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)

2、定了包括物理層的連線、電信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)視當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。 它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI和ARCNET.以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)?，但目前的快速以太網(wǎng)為了最大程度的減少?zèng)_突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率， 使用交換機(jī)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和組織， 這樣，一臺(tái)瓦那 個(gè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就成了星型，但在邏輯上，以太網(wǎng)仍然使用總線型拓?fù)浜虲SMA/CD（即帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)）的總線爭(zhēng)用技術(shù)。二、系統(tǒng)實(shí)施細(xì)則作為減少數(shù)字化礦井， 必須站在煤礦企業(yè)的高度去整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其最終的效益要體現(xiàn)在煤礦企業(yè)整體效益上，而非在某個(gè)生產(chǎn)局部環(huán)節(jié)，因此作為數(shù)字

3、化礦井構(gòu)架必須充分考慮影響企業(yè)最終效益的方方面面，必須涵蓋煤礦企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理、安全監(jiān)控、生產(chǎn)控制、設(shè)備監(jiān)控等各個(gè)層面。2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則考慮到陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程的實(shí)際需要和將來(lái)的發(fā)展趨 勢(shì)，各系統(tǒng)的實(shí)際需求及具體的使用特性，同時(shí)兼顧技術(shù)新舊更替不斷加快的特點(diǎn)，項(xiàng)目是設(shè)計(jì)原則為：“先進(jìn)性、成熟性、使用性、安全性、實(shí)時(shí)性、易操作性、完整性、可查性、 互聯(lián)性和可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性”。為了使所設(shè)計(jì)的方案盡可能滿足礦方實(shí)際的需求，使系統(tǒng)正 常、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，整體方案設(shè)計(jì)遵循以下設(shè)計(jì)原則：先進(jìn)性、成熟性使用先進(jìn)、成熟、實(shí)用和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)，使得各個(gè)子系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命 周期，不盲

4、目追求高檔次，既滿足當(dāng)前的需求，又適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展。實(shí)用性由于現(xiàn)代煤礦企業(yè)的安全、生產(chǎn)監(jiān)控及調(diào)度任務(wù)、各職能部門之間業(yè)務(wù)的聯(lián)系在很大 程度上是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，而安全、生產(chǎn)監(jiān)控則對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很高。因此，在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)的處理能力和寬帶。可靠性高效穩(wěn)定的系統(tǒng)，能提供全年365天，一天24小時(shí)的不停頓運(yùn)作， 對(duì)于安裝的服務(wù)器、 終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制設(shè)備與布線系統(tǒng)，必須能適應(yīng)嚴(yán)格的工作環(huán)境，特別考慮要適應(yīng)煤礦井下高溫、高濕、高瓦斯的客觀環(huán)境，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)時(shí)監(jiān)控的不可間斷性決定了在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中（尤其是網(wǎng)絡(luò)主干）必須考慮提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，保證系統(tǒng)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)意外時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍能運(yùn)行。因此

5、，在硬件選型、線路、支撐環(huán)境及結(jié)構(gòu)上都必須高質(zhì)量， 并保證核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備冗余。同時(shí)，采用先進(jìn)的防火墻+網(wǎng)閘技術(shù)保證系統(tǒng)的安全。安全性網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)要盡可能多的提供安全保密措施，來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的性能。安全措施應(yīng)包 括：防病毒，防黑客、防止非法或越權(quán)訪問(wèn)、傳輸加密、安全策略控制等。易操作性先進(jìn)且易于使用圖形人機(jī)界面功能，提供信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等有 效工具。實(shí)時(shí)性設(shè)備和終端必須反應(yīng)快速，充分配合實(shí)時(shí)性的要求完整性提供與各種外界系統(tǒng)的通信功能，確保信息的完整性并充分利用在整體系統(tǒng)的運(yùn)作上。可查詢性提供易于使用的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，讓使用者能隨時(shí)查詢信息機(jī)制作所需的報(bào)表?；ヂ?lián)性和可擴(kuò)展性把各子系統(tǒng)

6、有機(jī)結(jié)合起來(lái)，滿足信息層結(jié)構(gòu)中各層之間信息溝通，增加各子系統(tǒng)之間 的互聯(lián)性和可擴(kuò)展性，充分考慮將來(lái)需求的成長(zhǎng)空間，所提供的系統(tǒng)平臺(tái)與技術(shù)將充分配合 未來(lái)功能及擴(kuò)充項(xiàng)目需求，以避免將來(lái)重復(fù)的投資。標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)思想貫徹始終，奠定了系統(tǒng)開(kāi)放性，可擴(kuò)展性，可維護(hù)性，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)性在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當(dāng)?shù)耐度?，建立一個(gè)盡可能高水平的、 完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所有設(shè)備的選型配置和采購(gòu)訂貨，堅(jiān)持性能能和價(jià)格比最優(yōu)的原則，同時(shí)兼顧供貨商的自信度和維修服務(wù)能力22項(xiàng)目目標(biāo)系統(tǒng)建成后，能夠滿足業(yè)主的需求，把各子系統(tǒng)有機(jī)整合在一起，能使煤礦井上下各 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工況信息

7、在現(xiàn)有條件下進(jìn)行有效集成，能夠?qū)⒏髯酉到y(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖 掘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合分析以及生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)施評(píng)估，達(dá)到“管控一體化”和 統(tǒng)一調(diào)度指揮決策的目標(biāo)。建立兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)系統(tǒng)，井下公共環(huán)網(wǎng)和通風(fēng)瓦斯檢測(cè)專用 環(huán)網(wǎng)，做到1、具有故障點(diǎn)報(bào)警功能，主要設(shè)備能相互備份2、 當(dāng)其中某一段工作中的光纖線路被破壞或相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì) 自愈，并在50ms內(nèi)恢復(fù)正常的通訊，構(gòu)成三級(jí)冗余。3、各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綜合集成，各系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。 2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)（ISO）國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE ）國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC ）以太網(wǎng)

8、通訊標(biāo)準(zhǔn) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)煤礦安全規(guī)程（2010）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中心站軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范（AQ1029-2007 ）爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求 GB3836.1-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：隔爆型“ d”GB3836.2-2000第3部分：增安型“ e”GB3836.3-2000第4部分：本質(zhì)安全型“ i”GB3836.4-2000微型計(jì)算機(jī)通用規(guī)范GB/T9813-2000煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求AQ6201-2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求(MT/T100

9、8-2006)煤礦瓦斯抽放規(guī)范 AQ1027-2006礦井抽放瓦斯工程設(shè)計(jì)規(guī)范MT5018-96礦用一般型電氣設(shè)備GB/T12173-2008通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50055-93礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范GB50070-2009煤礦通信、檢測(cè)、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求MT209-90煤礦通信、檢測(cè)、控制用電工電子產(chǎn)品基本實(shí)驗(yàn)方法MT210-90煤礦通信、自動(dòng)化產(chǎn)品型號(hào)編制方法和管理辦法MT/T286-1992煤礦監(jiān)控系統(tǒng)主要性能測(cè)試方法MT/T899-1999計(jì)算機(jī)場(chǎng)地技術(shù)要求GBJ45-82計(jì)算機(jī)場(chǎng)地技術(shù)條件GB2887-89以太網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GBJ16-3

10、7電氣設(shè)備用圖形符號(hào)GB/T5465-1996«電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GBF232-92視聽(tīng)、視頻和電視系統(tǒng)中設(shè)備互連的優(yōu)選配接值GB/T15859-1995 2.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了推進(jìn)“兩化融合”，確保數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定上傳，碾溝煤業(yè)需要在煤礦井下建立工業(yè)以 太網(wǎng)?？紤]到通風(fēng)外事堅(jiān)持到的特殊性。要求采用獨(dú)立的一個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，命名為“通風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)專用環(huán)網(wǎng)”簡(jiǎn)稱瓦斯環(huán)網(wǎng)。除瓦斯監(jiān)控外的所有系統(tǒng)共用一個(gè)環(huán)網(wǎng)，命名為“井下公共環(huán)網(wǎng)”?？紤]到兩個(gè)環(huán)網(wǎng)相互獨(dú)立，互相備份，要求兩個(gè)環(huán)網(wǎng)在設(shè)計(jì)及設(shè)備選購(gòu)上完全一致。通風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)專用環(huán)網(wǎng)和井下公共環(huán)網(wǎng)采用1000M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成煤礦井下網(wǎng)

11、絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)度中心通過(guò)集中遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)礦井的安全信息、工況信息、圖像信息、控制礦井井下、地面主要生產(chǎn)系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備。系統(tǒng)分為三層，即信息管理層、控制層和設(shè)備層。礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)管控一體化思想，以三層網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合自動(dòng)化，信息、 計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理論和技術(shù)，采用世界先進(jìn)的自動(dòng)化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和共一頁(yè)控制 軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，將煤礦、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，形成一個(gè)統(tǒng)一、完 整的有機(jī)整體，使其在生產(chǎn)規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)化覆蓋方面處于世界先進(jìn)水平、礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即信息管理層、控制層和設(shè)備層。系統(tǒng)示意圖：信息管理層

12、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配備核心工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，形成若干核心交換系統(tǒng)，與井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和地面以太環(huán) 網(wǎng)形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，采用 Ethernet,通過(guò)TCP/IP協(xié)議，將各個(gè)子系統(tǒng)接入煤礦 信息系統(tǒng)。綜合自動(dòng)化層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在井下設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的高速以太環(huán)網(wǎng)，主干鏈路采用千兆環(huán)網(wǎng)光纖。在核心層采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)千兆鏈路將各環(huán)網(wǎng)的交換設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心層次，同時(shí)具有高冗余性能。由核心交換到控制層工業(yè)網(wǎng)采用1000M主干連接，實(shí)現(xiàn)控制層網(wǎng)絡(luò)與信息層網(wǎng)絡(luò)的有效隔離，控制層采用兩個(gè)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，井下兩個(gè)1000M環(huán)形以太網(wǎng)，一個(gè)井下公共以太網(wǎng)，一個(gè)專用瓦斯監(jiān)測(cè)的以太網(wǎng)，組成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)

13、形以太網(wǎng)在控制匯聚交換機(jī)處實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、信息共享。設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控層是由各個(gè)專業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煤炭生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化控制。這些子系統(tǒng)采用的技術(shù)和結(jié)構(gòu)形式可以多種多樣，例如，可以是基于PC的分布式系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)，也可以是智能化的機(jī)電一體化的設(shè)備，通過(guò)總線方 式接入工業(yè)以太網(wǎng)信息監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。該層主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各安全參數(shù)的監(jiān)測(cè)和對(duì)采區(qū)工作面主要設(shè)備的控制與監(jiān)測(cè)。2.5網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的安全是安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)方案的一個(gè)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)安全主要實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的在TCP/IP及以下層次上，所以，設(shè)計(jì)控制只有獲得授權(quán)的用戶與系統(tǒng)中允許他訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)，在指定的TCP或UDP端口上進(jìn)行