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， 隨著世界科技的發(fā)展與全球化，我國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)過程監(jiān)控， 全礦井安全生產(chǎn)安全環(huán)境監(jiān)測， 生產(chǎn)過程信息綜合利用等方面的自動化、 智能化和網(wǎng)絡(luò)化。 通過建立以工業(yè)以太網(wǎng)維基礎(chǔ)平臺， 實(shí)現(xiàn)各自動化控制系統(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

2、出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問協(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沖突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率，使用交換機(jī)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和組織，這樣，一臺瓦那個(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(即帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問) 的總線爭用技術(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

3、產(chǎn)局部環(huán)節(jié)，因此作為數(shù)字化礦井構(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)原則考慮到陽泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤礦綜合自動化系統(tǒng)工程的實(shí)際需要和將來的發(fā)展趨勢，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

4、系統(tǒng)具有較長的生命周期，不盲目追求高檔次，既滿足當(dāng)前的需求，又適應(yīng)未來的發(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?？煽啃愿咝Х€(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

5、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，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、傳輸加密、安全策略控制等。2。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)庫功能，讓使用者能隨時(shí)查詢信

6、息機(jī)制作所需的報(bào)表。互聯(lián)性和可擴(kuò)展性把各子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，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，充分考慮將來需求的成長空間，所提供的系統(tǒng)平臺與技術(shù)將充分配合未來功能及擴(kuò)充項(xiàng)目需求，以避免將來重復(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)耐度耄⒁粋€(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2.2 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)

7、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)會自愈，并在50ms內(nèi)恢復(fù)正常的通訊，構(gòu)成三級冗余。3、 各監(jiān)測系統(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)庫存儲。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)（ISO）國際電氣電子工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

8、（IEEE）國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC）以太網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)國家標(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)中心站軟件開發(fā)規(guī)范煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(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)備第 2 部分：隔爆型“d” GB3836.2-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 3 部分：增安型“e” GB3836.3-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 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。3。電子計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范G

9、B/T2887-2000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/T1008-2006 ）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、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、控制用電工電子產(chǎn)品基本實(shí)驗(yàn)方法MT210-90煤礦通信、自動化產(chǎn)品型號編制方法和管理辦法MT/T286-1992煤礦監(jiān)控系統(tǒng)主要性能測試方法MT/T899-1999計(jì)算機(jī)場地技

10、術(shù)要求GBJ45-82計(jì)算機(jī)場地技術(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GBJ16-37電氣設(shè)備用圖形符號GB/T5465-1996電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GBF232-92視聽、視頻和電視系統(tǒng)中設(shè)備互連的優(yōu)選配接值GB/T15859-19952.4 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)測專用環(huán)網(wǎng)”簡稱瓦斯環(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

11、兩個(gè)環(huán)網(wǎng)在設(shè)計(jì)及設(shè)備選購上完全一致。通風(fēng)瓦斯監(jiān)測專用環(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)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)度中心通過集中遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測礦井的安全信息、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)的自動化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和共一頁控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件，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

12、化覆蓋方面處于世界先進(jìn)水平、礦井綜合自動化系統(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：。4。信息管理層網(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，采用Ethernet,通過 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

13、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)測的以太網(wǎng)，組成兩個(gè)相對獨(dú)立的環(huán)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)過程監(jiān)測監(jiān)控層是由各個(gè)專業(yè)的生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煤炭生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測及自動化控制。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)對井下各安全參數(shù)的監(jiān)測和對采區(qū)工作面主要設(shè)備的控制與監(jiān)測。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)中允許他訪問的節(jié)點(diǎn)，在指定的TCP或 UDP端口上進(jìn)行通信。隨著網(wǎng)絡(luò)、 通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)豐富的信息資源給用戶帶來了方便，同時(shí)也給網(wǎng)絡(luò)帶來了安全問題的隱患。計(jì)算