礦用本質安全型環網交換機

系統概述

1.1系統設計原則

    考慮到某某煤礦綜合自動化系統工程的實際需要和將來的發展趨勢，各系統的實際需求及具體的使用特性，同時兼顧技術新舊更替不斷加快的特點，項目的設計原則為：“先進性、成熟性、實用性、安全性、實時性、易操作性、完整性、可查詢性、互聯性和可擴展性、經濟性”。為了使所設計的方案盡可能滿足礦方實際的需求，使系統正常、高效地運轉，整體方案設計遵循以下設計原則：

先進性、成熟性

    使用先進、成熟、實用和具有良好發展前景的技術，使得各個子系統具有較長的生命周期，不盲目追求高檔次，既能滿足當前的需求，又能適應未來的發展。

實用性

    由于現代煤礦企業的安全、生產監控及調度任務、各職能部門之間業務的聯系在很大程度上是以網絡為基礎，而安全、生產監控則對數據的實時性要求很高。因此，在設計上應保證網絡的處理能力和帶寬。

可靠性

    高效穩定的系統，能提供全年365 天，一天24 小時的不停頓運作。對于安裝的服務器、終端設備、網絡設備、控制設備與布線系統，必須能適應嚴格的工作環境，特別考慮要適應煤礦井下高溫、高濕、高瓦斯的客觀環境，以確保系統穩定。實時監控的不可間斷性決定了在網絡設計中（尤其是網絡主干）必須考慮提高網絡運行的可靠性，保證系統在一個節點出現意外時整個系統仍能運行。因此，在硬件選型、線路、支撐環境及結構上都必須高質量，并保證核心網絡設備具備冗余。同時，采用先進的防火墻+網閘技術保證系統的安全。

安全性

    網絡的各個環節要盡可能多的提供安全保密措施，來保證網絡的性能。安全措施應包括：防病毒、防黑客、防止非法或越權訪問、傳輸加密、安全策略控制等。

易操作性

    先進且易于使用的圖形人機界面功能，提供信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等有效工具。

實時性

    設備和終端必須反應快速，充分配合實時性的需求。

完整性

    提供與各種外界系統的通信功能，確保信息的完整性并充分利用在整體系統的運作上。

可查詢性

    提供易于使用的數據庫功能，讓使用者能隨時查詢信息及制作所需的報表。

互聯性和可擴展性

    把各子系統有機結合起來，滿足信息層結構中各層之間信息溝通，增加各子系統之間的互聯性和可擴展性。充分考慮將來需求的成長空間，所提供的系統平臺與技術將充分配合未來功能及擴充項目的需求，以避免將來重復的投資。標準化、結構化、模塊化的設計思想貫徹始終，奠定了系統開放性、可擴展性、可維護性、可靠性和經濟性的基礎。

經濟性

    在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當的投入，建立一個盡可能高水平的、完善的網絡系統。所有設備的選型配置和采購訂貨，堅持性能價格比最優的原則，同時兼顧供貨商的資信度和維修服務能力。

    1.2總體結構設計

    系統分為管理層、控制層和設備層三層結構。其中管理層為礦地面局域網，控制層采用高速工業以太環網，設備層采用現場總線，保證了現場子系統的實時性和可靠性。在管理層，管理網服務器系統負責收集全礦的生產、管理、經營等方面的信息，并為管理網與國際互聯網的連接提供服務；在管理網的各PC終端，可以在統一的界面下根據權限和等級查看全礦的所有信息。控制層分為過程控制和集中監控層，在過程控制層，PLC分站、電機智能控制器、其它智能監控分站等對現場設備實現運行參數的采集，并負責傳達集中控制信號至現場設備；各子系統通過其現場總線采集各自所控制設備的運行參數，并實現對整個子系統設備的集中控制。設備層主要包括：傳感器、執行器、開關柜等現場設備。

    1.3項目達到的效果

    系統建成后，能把各個子系統有機整合在一起，能使某某煤礦井上下各生產環節的生產工況信息在現有條件下進行有效集成，能夠將各子系統的數據進行深入挖掘，進而實現相關聯業務數據的綜合分析以及生產狀態的實時評估，達到“管控一體化”和統一調度指揮決策的目標。系統可在地面中央監控室實現對礦井主要生產環節如：煤流、采、運、供電、排水、壓風等生產環節的集中監控，部分系統實現可靠無人值守運行，有效提高礦井生產效率；另外可將環境監測、工業電視、主副井提升、通風機、調度通信等系統的信息集中于統一的數據庫管理、存檔、檢索。同時可實現整個礦井的綜合自動化網絡和管理信息網絡的的無縫連接，礦各級領導和有關職能部門均可以通過網絡終端進行數字化礦山系統的實時監測、數據報表顯示查詢，礦調度人員及相關管理人員同步掌握生產設備運行狀態、產量及安全情況，便于快速做出反應，及時調度。系統能通過礦的網絡統一出口，與數據中心完成無縫對接，實現某某煤礦生產信息、安全信息和管理信息實時交換，遠程顯示、查看相關數據。系統將礦井的環境安全監測系統、人員定位系統、電網監控系、各主要環節自動化控制系統等信息集成到統一的平臺軟件上進行綜合分析處理，能實現礦井生產設備的優化運行控制和瓦斯等災害的預警及聯動控制。某某煤礦建成的基于工業以太環網+現場總線技術的數字化礦山系統，信息匯接能力強大，留有充分的擴展端口以適應系統今后擴容發展的需要。

    2.1網絡拓撲結構設計

    平臺主要由核心交換機、地面光纖環網交換機、井下環網交換機、防火墻、UPS電源、打印機等組成。 全網建成后的性能可以保證達到以下水平：全網交換機連接均可基于單、多模光纖或銅介質，可按需要任意選擇；光纖網絡中的任何位置發生一個斷點事故均可在瞬間內完成鏈路通信的恢復；全網基于統一、簡潔的網絡管理。

機房核心交換機：

    在調度室中心機房配置2臺赫斯曼公司的MACH4002-24G-L3EHCP三層交換機，工作方式：雙機熱備。

地面環網：

     在主井提升機房配電室、副井井口房變電所、北通風機房、中央通風機房、10KV變電所共5個節點，配置5臺赫斯曼公司的MS4128-L2PHC地面環網交換機，組成地面1000M環網。

 井下環網：

在中央采區泵房變電所、140M水平泵房變電所、北一采區變電所、北一采區泵房變電所、中央采區變電所共5個節點配置5臺KJJ137（MS4128-L2PHC模塊）1000M環網交換機，組成井下環網。

采集服務器：

在中心機房部署兩臺IBM 3650 M3機架式服務器，作為各子系統數據采集服務器用。工作方式：雙機熱備。

數據服務器：

在中心機房部署兩臺IBM 3650 M3機架式服務器，作為數據庫數據管理服務器。工作方式：雙機熱備。

WEB服務器：

在中心機房部署一臺IBM 3650 M3機架式服務器，作為網絡瀏覽服務器，工作方式：提供系統內網頁瀏覽服務。

應用服務器：

在中心機房部署一臺IBM 3650 M3機架式服務器，在服務器上部署KJ90綜合系統平臺系統。工作方式：系統生產業務處理。

磁盤陣列：

在中心機房部署IBM DS3500 雙控光纖磁盤陣列柜,系統所有采集數據和業務數據全部在本磁盤陣列做存儲。

2.2其他技術要求

1) 整個自動化綜合控制網采用赫斯曼工業級的設備，實現井下高溫、高濕等惡劣環境的穩定運行；

2) 系統支持光纖冗余環網工作模式，接節故障不影響整個系統性能，故障自恢復時間短（0.05S），通信更加可靠；所有交換機采用高性能的赫思曼模塊化千兆交換機，避免網絡中部分節點故障，同時滿足以后的擴容和升級； 

3) 礦井工業以太環網光纖冗余環網傳輸平臺運行穩定、可靠性好、線路機械強度高礦井工業以太環網光纖冗余環網傳輸平臺通訊協議采用標準的TCP/IP網絡協議；

4) 平臺傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠、抗干擾和雷擊能力加強。為數據、視頻、語音三網合一提供了足夠的帶寬；

5) 整個網管系統可對所有的綜合自動化網的網絡設備進行實時監控，出現故障實時報警。

6) 在礦信息網與監控網中采用天融信防火墻連接，實現監控網的安全隔離。

7) 采用先進的多主并發通訊模式，系統檢測速度快，實時性強。核心交換機提供OPC協議，支持監控軟件的集成；

8) 整個寬帶傳輸網徹底突破了低速總線下的技術瓶頸，系統節點容量大大增加，穩定性提高；

9) 由于以Internet/Intranet/Infranet為整體構架，具有開放的傳輸接入平臺，系統集成能力顯著提高，今后礦井各種自動化監測監控系統均可方便就近接入，易于擴展，無須重復布線，節約投資；

10) 平臺同時支持光纖多模、單模、超五類雙絞線傳輸介質，結構靈活；可方便與局域網企業綜合管理信息系統連接，實現信息共享；

11) 井下交換機經過防爆認證，具有MA，同時增加UPS電源保護，在市電停電后，可運行四個小時以上。

12) 支持多種網絡拓撲結構和多重冗余方式，如（單）環網冗余、單環雙節點冗余、雙總線冗余、雙環網冗余和環間冗余，本次投標方案采用單環單節點雙冗余環網。

13) 環網核心交換機具有路由功能的卡軌式模塊交換機。核心交換機有相對獨立的模塊插槽，每個模塊插槽能夠配置一塊引擎模塊，引擎模塊上的子卡插槽，可以配置不同種類的網絡接口卡。

14) 環網交換機支持多光口、電口混合連接，支持Web管理，支持SNTP簡單網絡時間協議，準確記錄故障時間。

15) 交換機管理軟件要求能統一配置、管理、監視所有交換機，可監視所有具有SNMP(簡單網絡管理協議)功能的設備；支持通訊故障自診斷、定位、報警；在更改設備配置時只要在網管工作站對相關設備進行合適配置，通過網管工作站對網絡設備進行日常管理、流量統計、故障分析等。

16) 交換機支持流量控制功能，防止廣播風暴；支持端口的優先級劃分和VLAN劃分；支持端口和MAC地址的綁定，提高系統安全性。