礦用本質(zhì)安全型環(huán)網(wǎng)交換機(jī)
系統(tǒng)概述
1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
考慮到某某煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程的實(shí)際需要和將來的發(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)目的設(shè)計(jì)原則為：“先進(jìn)性、成熟性、實(shí)用性、安全性、實(shí)時(shí)性、易操作性、完整性、可查詢性、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，不盲目追求高檔次，既能滿足當(dāng)前的需求，又能適應(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(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)的處理能力和帶寬。
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，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。
易操作性
先進(jìn)且易于使用的圖形人機(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)性的需求。
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)查詢信息及制作所需的報(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(zhǎng)空間，所提供的系統(tǒng)平臺(tái)與技術(shù)將充分配合未來功能及擴(kuò)充項(xiàng)目的需求，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?，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訂貨，堅(jiān)持性能價(jià)格比最優(yōu)的原則，同時(shí)兼顧供貨商的資信度和維修服務(wù)能力。
1.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)分為管理層、控制層和設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)。其中管理層為礦地面局域網(wǎng)，控制層采用高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，設(shè)備層采用現(xiàn)場(chǎng)總線，保證了現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。在管理層，管理網(wǎng)服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集全礦的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)等方面的信息，并為管理網(wǎng)與國際互聯(lián)網(wǎng)的連接提供服務(wù)；在管理網(wǎng)的各PC終端，可以在統(tǒng)一的界面下根據(jù)權(quán)限和等級(jí)查看全礦的所有信息?？刂茖臃譃檫^程控制和集中監(jiān)控層，在過程控制層，PLC分站、電機(jī)智能控制器、其它智能監(jiān)控分站等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的采集，并負(fù)責(zé)傳達(dá)集中控制信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；各子系統(tǒng)通過其現(xiàn)場(chǎng)總線采集各自所控制設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備的集中控制。設(shè)備層主要包括：傳感器、執(zhí)行器、開關(guān)柜等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
1.3項(xiàng)目達(dá)到的效果
系統(tǒng)建成后，能把各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)整合在一起，能使某某煤礦井上下各生產(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)時(shí)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)。系統(tǒng)可在地面中央監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)如：煤流、采、運(yùn)、供電、排水、壓風(fēng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的集中監(jiān)控，部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠無人值守運(yùn)行，有效提高礦井生產(chǎn)效率；另外可將環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)電視、主副井提升、通風(fēng)機(jī)、調(diào)度通信等系統(tǒng)的信息集中于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理、存檔、檢索。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和管理信息網(wǎng)絡(luò)的的無縫連接，礦各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能部門均可以通過網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行數(shù)字化礦山系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)報(bào)表顯示查詢，礦調(diào)度人員及相關(guān)管理人員同步掌握生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)量及安全情況，便于快速做出反應(yīng)，及時(shí)調(diào)度。系統(tǒng)能通過礦的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一出口，與數(shù)據(jù)中心完成無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)某某煤礦生產(chǎn)信息、安全信息和管理信息實(shí)時(shí)交換，遠(yuǎn)程顯示、查看相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將礦井的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系、各主要環(huán)節(jié)自動(dòng)化控制系統(tǒng)等信息集成到統(tǒng)一的平臺(tái)軟件上進(jìn)行綜合分析處理，能實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行控制和瓦斯等災(zāi)害的預(yù)警及聯(lián)動(dòng)控制。某某煤礦建成的基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的數(shù)字化礦山系統(tǒng)，信息匯接能力強(qiáng)大，留有充分的擴(kuò)展端口以適應(yīng)系統(tǒng)今后擴(kuò)容發(fā)展的需要。
2.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
平臺(tái)主要由核心交換機(jī)、地面光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、防火墻、UPS電源、打印機(jī)等組成。 全網(wǎng)建成后的性能可以保證達(dá)到以下水平：全網(wǎng)交換機(jī)連接均可基于單、多模光纖或銅介質(zhì)，可按需要任意選擇；光纖網(wǎng)絡(luò)中的任何位置發(fā)生一個(gè)斷點(diǎn)事故均可在瞬間內(nèi)完成鏈路通信的恢復(fù)；全網(wǎng)基于統(tǒng)一、簡(jiǎn)潔的網(wǎng)絡(luò)管理。
機(jī)房核心交換機(jī)：
在調(diào)度室中心機(jī)房配置2臺(tái)赫斯曼公司的MACH4002-24G-L3EHCP三層交換機(jī)，工作方式：雙機(jī)熱備。
地面環(huán)網(wǎng)：
在主井提升機(jī)房配電室、副井井口房變電所、北通風(fēng)機(jī)房、中央通風(fēng)機(jī)房、10KV變電所共5個(gè)節(jié)點(diǎn)，配置5臺(tái)赫斯曼公司的MS4128-L2PHC地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，組成地面1000M環(huán)網(wǎng)。
井下環(huán)網(wǎng)：
在中央采區(qū)泵房變電所、140M水平泵房變電所、北一采區(qū)變電所、北一采區(qū)泵房變電所、中央采區(qū)變電所共5個(gè)節(jié)點(diǎn)配置5臺(tái)KJJ137（MS4128-L2PHC模塊）1000M環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，組成井下環(huán)網(wǎng)。
采集服務(wù)器：
在中心機(jī)房部署兩臺(tái)IBM 3650 M3機(jī)架式服務(wù)器，作為各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器用。工作方式：雙機(jī)熱備。
數(shù)據(jù)服務(wù)器：
在中心機(jī)房部署兩臺(tái)IBM 3650 M3機(jī)架式服務(wù)器，作為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理服務(wù)器。工作方式：雙機(jī)熱備。
WEB服務(wù)器：
在中心機(jī)房部署一臺(tái)IBM 3650 M3機(jī)架式服務(wù)器，作為網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)器，工作方式：提供系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)頁瀏覽服務(wù)。
應(yīng)用服務(wù)器：
在中心機(jī)房部署一臺(tái)IBM 3650 M3機(jī)架式服務(wù)器，在服務(wù)器上部署KJ90綜合系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)。工作方式：系統(tǒng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)處理。
磁盤陣列：
在中心機(jī)房部署IBM DS3500 雙控光纖磁盤陣列柜,系統(tǒng)所有采集數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全部在本磁盤陣列做存儲(chǔ)。
2.2其他技術(shù)要求
1) 整個(gè)自動(dòng)化綜合控制網(wǎng)采用赫斯曼工業(yè)級(jí)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)井下高溫、高濕等惡劣環(huán)境的穩(wěn)定運(yùn)行；
2) 系統(tǒng)支持光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式，接節(jié)故障不影響整個(gè)系統(tǒng)性能，故障自恢復(fù)時(shí)間短（0.05S），通信更加可靠；所有交換機(jī)采用高性能的赫思曼模塊化千兆交換機(jī)，避免網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)故障，同時(shí)滿足以后的擴(kuò)容和升級(jí)；
3) 礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好、線路機(jī)械強(qiáng)度高礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；
4) 平臺(tái)傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾和雷擊能力加強(qiáng)。為數(shù)據(jù)、視頻、語音三網(wǎng)合一提供了足夠的帶寬；
5) 整個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)可對(duì)所有的綜合自動(dòng)化網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障實(shí)時(shí)報(bào)警。
6) 在礦信息網(wǎng)與監(jiān)控網(wǎng)中采用天融信防火墻連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)的安全隔離。
7) 采用先進(jìn)的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測(cè)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。核心交換機(jī)提供OPC協(xié)議，支持監(jiān)控軟件的集成；
8) 整個(gè)寬帶傳輸網(wǎng)徹底突破了低速總線下的技術(shù)瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量大大增加，穩(wěn)定性提高；
9) 由于以Internet/Intranet/Infranet為整體構(gòu)架，具有開放的傳輸接入平臺(tái)，系統(tǒng)集成能力顯著提高，今后礦井各種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均可方便就近接入，易于擴(kuò)展，無須重復(fù)布線，節(jié)約投資；
10) 平臺(tái)同時(shí)支持光纖多模、單模、超五類雙絞線傳輸介質(zhì)，結(jié)構(gòu)靈活；可方便與局域網(wǎng)企業(yè)綜合管理信息系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)信息共享；
11) 井下交換機(jī)經(jīng)過防爆認(rèn)證，具有MA，同時(shí)增加UPS電源保護(hù)，在市電停電后，可運(yùn)行四個(gè)小時(shí)以上。
12) 支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多重冗余方式，如（單）環(huán)網(wǎng)冗余、單環(huán)雙節(jié)點(diǎn)冗余、雙總線冗余、雙環(huán)網(wǎng)冗余和環(huán)間冗余，本次投標(biāo)方案采用單環(huán)單節(jié)點(diǎn)雙冗余環(huán)網(wǎng)。
13) 環(huán)網(wǎng)核心交換機(jī)具有路由功能的卡軌式模塊交換機(jī)。核心交換機(jī)有相對(duì)獨(dú)立的模塊插槽，每個(gè)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(wǎng)絡(luò)接口卡。
14) 環(huán)網(wǎng)交換機(jī)支持多光口、電口混合連接，支持Web管理，支持SNTP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，準(zhǔn)確記錄故障時(shí)間。
15) 交換機(jī)管理軟件要求能統(tǒng)一配置、管理、監(jiān)視所有交換機(jī)，可監(jiān)視所有具有SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)功能的設(shè)備；支持通訊故障自診斷、定位、報(bào)警；在更改設(shè)備配置時(shí)只要在網(wǎng)管工作站對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合適配置，通過網(wǎng)管工作站對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行日常管理、流量統(tǒng)計(jì)、故障分析等。
16) 交換機(jī)支持流量控制功能，防止廣播風(fēng)暴；支持端口的優(yōu)先級(jí)劃分和VLAN劃分；支持端口和MAC地址的綁定，提高系統(tǒng)安全性。
