【正文】 . . . .. .第一章 綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 概述隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用與認(rèn)可。許多控制器、PLC、智能儀表、DCS系統(tǒng)已經(jīng)帶有以太網(wǎng)接口，這些都標(biāo)志著工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為真正開放互連的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成式全分布控制系統(tǒng)，具有高度的分散性、實(shí)時(shí)性、可靠性、開放性和互操作性的特點(diǎn)。綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)把各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)有機(jī)地整合在一起，所有的監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理操作都在一個(gè)平臺(tái)中運(yùn)行，提高了礦井綜合自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了減員增效和礦井機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行，提高了煤礦的生產(chǎn)效率。根據(jù)礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的需求，礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)的主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用1000M環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，傳輸介質(zhì)為單模光纖，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過工業(yè)以太網(wǎng)連接井上、井下各個(gè)子系統(tǒng)，把所有系統(tǒng)設(shè)備控制和監(jiān)控信息傳輸?shù)郊锌刂剖?，通過服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集，使工程師完成各個(gè)子系統(tǒng)的組態(tài)，達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制的目的。礦井綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容包括：（1）工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設(shè)，連接各個(gè)子系統(tǒng)的PLC或上位機(jī)；（2）調(diào)度控制指揮中心的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，部署工業(yè)以太網(wǎng)的核心交換機(jī)并連接設(shè)備控制層的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，部署操作員站和工程師站；（3）網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)，劃分VLAN，使礦井的綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行；（4）網(wǎng)絡(luò)管理建設(shè)，建設(shè)綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，對(duì)所有工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、進(jìn)行集中管理，提高管理水平，降低管理成本。 設(shè)計(jì)原則自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)控制和管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，其可靠性和可擴(kuò)展性對(duì)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，必須遵循以下設(shè)計(jì)原則：216。 可靠性煤礦行業(yè)的特點(diǎn)決定了整個(gè)系統(tǒng)必須具有很高的可靠性，保障生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行和井下工作人員的生命安全。因此在選型時(shí)必須考慮所選技術(shù)在冗余、出錯(cuò)處理和容錯(cuò)方面的能力，所選產(chǎn)品能夠適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境和防爆要求。216。 先進(jìn)性與實(shí)用性相結(jié)合既要保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，又要保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。所選設(shè)備必須是成熟可靠、性價(jià)比高的產(chǎn)品，同時(shí)使用符合發(fā)展趨勢(shì)的、具有良好發(fā)展前景的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。216。 可擴(kuò)展性隨著新技術(shù)的出現(xiàn)以及企業(yè)的不斷發(fā)展，會(huì)對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)提出更高的通信帶寬需求。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)作為整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，應(yīng)在系統(tǒng)容量、處理能力等方面具有可擴(kuò)充性，可以方便地進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)換代。216。 開放性網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)具有開放性，符合相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。同時(shí)提供開放的互連接口，保證現(xiàn)有的系統(tǒng)和新系統(tǒng)能夠協(xié)同運(yùn)行，方便數(shù)據(jù)交換、信息共享。216。 可維護(hù)性井下環(huán)境惡劣，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)帶來較大困難，本系統(tǒng)將提供有效的網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)試、診斷技術(shù)，保證系統(tǒng)維護(hù)管理簡(jiǎn)明、方便、有效。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠方便及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障、排除故障。216。 安全性系統(tǒng)的安全性包含了煤礦設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及軟件等多方面的內(nèi)容。井下設(shè)備必須經(jīng)過相關(guān)部門檢測(cè)，取得合格證、防爆證、安標(biāo)證；網(wǎng)絡(luò)和軟件必須配備完善的安全保密措施，以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，必要時(shí)可以犧牲一定的帶寬或速度來保證安全性。對(duì)于一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)來說，高安全性、高可靠性是設(shè)計(jì)的第一要素，任意時(shí)刻的系統(tǒng)故障都有可能給生產(chǎn)帶來不可估量的損失，而且如何在開放的同時(shí)嚴(yán)格保證系統(tǒng)的安全性也是要充分考慮的，這些在追求統(tǒng)一、集成的今天顯得尤為重要。216。 可管理性通過管理軟件可以對(duì)IP與MAC地址捆綁、VLAN的劃分，可以改變隨意篡改IP地址的現(xiàn)象，同時(shí)可以偵測(cè)基于端口網(wǎng)絡(luò)的異常流量。礦井綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前，采用以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的大型控制系統(tǒng)大多為分布式控制系統(tǒng)。因此，多采用總線結(jié)構(gòu)或星型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了將礦井綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性進(jìn)一步提高，我們可以采用雙星型、環(huán)型、雙環(huán)形等組網(wǎng)技術(shù)。以下是幾種典型的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的比較：（1）總線型組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在總線型組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下（可理解為星型結(jié)構(gòu)），一個(gè)網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)下聯(lián)各個(gè)分節(jié)點(diǎn)，布線簡(jiǎn)單，管理方便，直接通過背板交換，交換速度快。主要在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)比較簡(jiǎn)單、可靠性要求不高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下組網(wǎng)，不適合于煤礦自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)多業(yè)務(wù)平臺(tái)的需求。 工業(yè)總型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（2）環(huán)型組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于分布式網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，允許某一傳輸鏈路或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)一處斷點(diǎn)。發(fā)生連路故障時(shí)，環(huán)網(wǎng)自動(dòng)在一定時(shí)間內(nèi)能切換到總線，屬于簡(jiǎn)單而又實(shí)用的冗余組網(wǎng)方式，性價(jià)比高、可靠性較高。適合于煤礦多業(yè)務(wù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性及安全性。 工業(yè)環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（3）雙環(huán)型組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在雙環(huán)形組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有2套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，各個(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)成2套環(huán)網(wǎng)，冗余網(wǎng)絡(luò)，允許交換機(jī)、兩處光纖、網(wǎng)線（網(wǎng)卡）四種故障。是常用的高級(jí)工業(yè)冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要用于電信核心級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在煤礦行業(yè)，同一井筒或巷道的雙環(huán)型光纜敷設(shè)時(shí)，和單環(huán)網(wǎng)的可靠性一樣，不適合煤礦的實(shí)際情況，且雙環(huán)網(wǎng)布線復(fù)雜，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)光（電）纜、網(wǎng)卡均為雙份，成本很非常高。 工業(yè)雙環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)根據(jù)以上三種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比，設(shè)計(jì)礦井綜合自動(dòng)化內(nèi)網(wǎng)中各骨干網(wǎng)絡(luò)均采用單環(huán)網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)，保證整個(gè)自動(dòng)化內(nèi)網(wǎng)的可靠性及在突發(fā)情況下的生存能力。如果環(huán)網(wǎng)中某個(gè)交換設(shè)備或連接鏈路發(fā)生意外中斷的情況，環(huán)網(wǎng)傳輸路徑將選擇反方向正常傳輸，傳輸路徑倒換時(shí)間小于50ms，如圖所示： 工業(yè)以太網(wǎng)單環(huán)網(wǎng)平臺(tái)故障自愈根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和環(huán)間耦合技術(shù)，地面各子系統(tǒng)、井下各子系統(tǒng)、集控中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別組成1000M單環(huán)網(wǎng)絡(luò)，地面環(huán)網(wǎng)、井下環(huán)網(wǎng)分別連接到集控中心的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，這樣整體自動(dòng)化工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)就形成了以二臺(tái)核心交換機(jī)（環(huán)網(wǎng)）、井下環(huán)網(wǎng)、地面環(huán)網(wǎng)組成的相互獨(dú)立的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是兩條鏈路連接到核心環(huán)網(wǎng)設(shè)備上，防止單點(diǎn)故障的出現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)由3個(gè)環(huán)網(wǎng)組成，其中井下及地面控制環(huán)網(wǎng)與控制中心環(huán)網(wǎng)之間構(gòu)成千兆骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)冗余的同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)鏈路之間雙鏈路耦合，網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括：工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、各自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)備，形成了綜合自動(dòng)化控制內(nèi)網(wǎng)的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在調(diào)度指揮控制中心布置兩臺(tái)支持三層動(dòng)態(tài)路由功能的核心交換機(jī)。兩臺(tái)核心交換機(jī)啟用VRRP協(xié)議實(shí)現(xiàn)冗余配置，為終端設(shè)備提供無縫隙的路由交換服務(wù)，兩臺(tái)交換機(jī)互為備份。在交換機(jī)正常時(shí)，兩臺(tái)交換機(jī)各自分擔(dān)一部分?jǐn)?shù)據(jù)流量；當(dāng)其中一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),另一臺(tái)交換機(jī)就會(huì)自動(dòng)分擔(dān)起所有數(shù)據(jù)流量,數(shù)據(jù)的傳輸不會(huì)受到任何的影響。這樣，既達(dá)到了負(fù)載均衡，又實(shí)現(xiàn)了相互備份的目的。井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)布置2臺(tái)千兆防爆型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，分別位于中央變電所和采區(qū)變電所；地面工業(yè)環(huán)網(wǎng)共配置2臺(tái)千兆地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，分別位于地面變電站和通風(fēng)機(jī)房。其他地面監(jiān)控以及輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)就近接入地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。調(diào)度指揮控制中心機(jī)房設(shè)備連接包括：數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器、操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、硬盤錄像機(jī)等。多環(huán)網(wǎng)通信的冗余切換時(shí)間：由于采用了工業(yè)以太網(wǎng)頂級(jí)廠商的超級(jí)冗余環(huán)技術(shù)，使得多環(huán)網(wǎng)通信的故障切換時(shí)間得以保證，無論是骨干環(huán)網(wǎng)內(nèi)部、二級(jí)環(huán)網(wǎng)內(nèi)部還是多環(huán)之間的通信，故障切換時(shí)間均50ms。整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖所示：礦井自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)拓?fù)鋱D 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型 工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)1）核心交換機(jī)核心環(huán)網(wǎng)交換機(jī)設(shè)置于集控中心機(jī)房，用于提供接入環(huán)網(wǎng)的上聯(lián)，以及大量服務(wù)器及操作員站的接入，同時(shí)，核心網(wǎng)絡(luò)通過安全措施與信息管理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)互聯(lián)。核心設(shè)備選用赫思曼MACH 4000系列全千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。新一代的MACH 4000系列三層交換機(jī)專為滿足骨干網(wǎng)絡(luò)高速高負(fù)載傳輸音頻、視頻和控制數(shù)據(jù)的需要而設(shè)計(jì)，完全能夠滿足礦井煤礦所有自動(dòng)化系統(tǒng)接入的需要及未來的業(yè)務(wù)擴(kuò)展。設(shè)計(jì)核心環(huán)網(wǎng)采用2臺(tái)赫思曼MACH 4000系列交換機(jī)中MACH 400224GL3P全千兆交換機(jī)，MACH 400224GL3P采用模塊化設(shè)計(jì)，端口密度高，外觀緊湊，在保持工業(yè)產(chǎn)品的高度靈活性和可靠性的同時(shí)提供了更為強(qiáng)大的處理能力。同時(shí)，L3P版的MACH 4000系列產(chǎn)品提供動(dòng)態(tài)路由和多播路由，支持HIPERRing，Redundant Coupling等冗余機(jī)制、也滿足GL認(rèn)證及相關(guān)的抗沖擊、抗振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。每臺(tái)核心交換機(jī)技術(shù)參數(shù)：216。 4路SFP光纖100/1000M端口，20路10/100/1000M RJ45千兆電口；216。 軟件版本為三層專業(yè)版；216。 配置雙電源保護(hù)；216。 工作溫度范圍0度－60度；216。 高集成設(shè)計(jì)，19寸機(jī)架安裝；216。 安裝、維護(hù)、維修簡(jiǎn)便；216。 符合相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；216。 高速環(huán)網(wǎng)冗余機(jī)制。技術(shù)特點(diǎn)：216。 故障自動(dòng)恢復(fù)216。 網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)（如斷線或交換機(jī)故障），網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間小于50ms；216。 網(wǎng)絡(luò)間冗余連接216。 任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)段或環(huán)網(wǎng)都可通過兩個(gè)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的冗余連接；216。 快速網(wǎng)絡(luò)故障定位和診斷216。 支持SNMP協(xié)議和基于WEB的管理，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，可迅速發(fā)現(xiàn)故障，并實(shí)現(xiàn)故障的定位和診斷，為故障的快速排出提供了保障；216。 虛擬局域網(wǎng)技術(shù)216。 支持VLAN技術(shù)，通過將網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)虛擬的子網(wǎng)，有效地減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷；216。 支持HIPERRing（超級(jí)冗余環(huán)）、DualHoming冗余連接；216。 采用無源背板，完全模塊化的設(shè)計(jì)，基板、電