【文章內(nèi)容簡介】 頁 共 82 頁 鄆城煤礦系統(tǒng)平臺硬件設(shè)計方案概述 鄆城煤礦項目中的后臺關(guān)鍵應(yīng)用 —— 中央數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、 TDAUTO SERVER 管控平臺和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 WEB 安全服務(wù)器的硬件平臺，將采用高端企業(yè)級服務(wù)器的解決方案。平臺將配置 2 臺服務(wù)器，服務(wù)器選用 IBM 的工業(yè)標準化服務(wù)器，采用 RAID5 磁盤陣列配置，使由于硬盤故障導致的系統(tǒng)癱瘓的可能性降到最低，操作系統(tǒng)采用 Windows Server 2020 標準中文版，數(shù) 據(jù)庫管理軟件選用的是 MS SQL_Server，管控服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器均采用雙機熱備配置，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。 調(diào)度中心的監(jiān)控操作中心站每一臺監(jiān)控工作站都能實現(xiàn)互相替代，實現(xiàn)的完全冗余，保證用戶的操作不受影響。 為了使系統(tǒng)信息層管理網(wǎng)內(nèi)的客戶端能夠瀏覽到煤礦生產(chǎn)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，需要添加服務(wù)器用于提供 B/S 訪問功能。應(yīng)該配置 WEB 安全服務(wù)器，安裝在信息管理網(wǎng)內(nèi)，用于提供最終的 WEB 應(yīng)用發(fā)布。 鄆城煤礦系統(tǒng)平臺選配硬件的技術(shù)特點 系統(tǒng)可靠性 系統(tǒng)的高可靠性、高可用性是企業(yè)信譽與成功的關(guān)鍵。本系統(tǒng) 方案提供給用戶高可靠、高可用的硬件、軟件產(chǎn)品和成熟的技術(shù)，如高可用的集群技術(shù)、 RAID技術(shù)等。本系統(tǒng)方案中主要設(shè)備都應(yīng)采用冗余配置，如其余的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這樣硬件配置不存在單點故障，關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)均實現(xiàn)自動切換或自動接管。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管控服務(wù)器的數(shù)據(jù)均能夠在線備份，從而保證了系統(tǒng)的高可靠性。 系統(tǒng)安全性 本系統(tǒng)所存儲和保存的都是關(guān)系到綜合自動化系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的安全性、完整性非常重要。所以，系統(tǒng)配置了可靠、安全的數(shù)據(jù)備份和恢復的備份解決方案，并建立完備的網(wǎng)絡(luò)防護監(jiān)控體系。 系統(tǒng)可擴展性 在發(fā)展迅速 的信息領(lǐng)域，應(yīng)用環(huán)境、系統(tǒng)的硬件或軟件都會不斷地加以更新 。計算機集群技術(shù) (Cluster)及 多層 體系結(jié)構(gòu)使得我們可以靈活方便地構(gòu)建和擴充新系統(tǒng)，以達成性能最佳的 “ 數(shù)據(jù)集中，處理分布 ” 的模式。 軟、硬件設(shè)備能夠平滑升級，磁盤系統(tǒng)、磁帶系統(tǒng)都可以方便的進行擴充以實現(xiàn)存儲容量的不斷增 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 13 頁 共 82 頁 加。 系統(tǒng)可管理性和可維護性 在分布式 計算 環(huán)境中， 整個系統(tǒng)的 高可管理性已成為系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵 ，高可管理性的系統(tǒng)為今后系統(tǒng)維護管理人員提供便利，大大減輕其負擔 。 本次設(shè)計的系統(tǒng)所采用的主要產(chǎn)品均具有可管理性和可維護性，圖形化的操作管理界面 ，模塊式、抽屜式的結(jié)構(gòu)，維護、維修非常方便。同時通過集中管理平臺，可以幫助用戶采取更有效手段完成系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、存儲備份的管理。 鄆城煤礦系統(tǒng)平臺設(shè)備簡介 IBM System x系列服務(wù)器 要點 機柜優(yōu)化的 System x 服務(wù)器 — 如 IBM System x3650,x3550，配備英特爾至強處理器，并支持英 特爾 64 位內(nèi)存擴展技術(shù)（ Intel174。 EM64T）。這些機柜密度服務(wù)器外觀小巧、但不影響性能或可管理性，能夠幫助解決數(shù)據(jù)中心空間緊張問題。 System x 的與眾不同和創(chuàng)新 通過技術(shù)差分推動創(chuàng)新，是 IBM System x 系統(tǒng)在當前市場中捕獲巨大市場份額的原因。通過投資創(chuàng)新，將基于主機的技術(shù)提供給業(yè)界標準的市場，同時提供卓越的系統(tǒng)管理產(chǎn)品，這些塔型和機柜優(yōu)化的 System x 系統(tǒng)呈現(xiàn)出強勁的市場發(fā)展勢頭，不斷獲得競爭優(yōu)勢，且市場份額不斷增加。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 14 頁 共 82 頁 特性豐富的功能 全新的 System x 機 柜 密 集 型 服 務(wù) 器 采 用 IBM Xtended Design Architecture? ，以提供全新的業(yè)界標準組件，幫助提高 IT 人員的工作效率并降低計算成本。對于機柜密集型環(huán)境， x3550(x336) 和 x346(x346 )提供校準矢量冷卻 ?支持，這是一項 IBM 創(chuàng)新技術(shù)，可幫助最大限度地提高內(nèi)存、 I/O 和存儲容量，以便獲得最高性能，同時提供更高的可用性。此外，這些系統(tǒng)還配備了集成管理控制器和下拉式光路診斷面板，以便提供可靠的管理。對于分布式企業(yè)，全新的 x3400( x226) 和 x3500(x236 )塔型服務(wù)器提供合理的性能及高可用性，如冗余 /熱插拔電源和風扇等，通過 RAS II 支持大量的 I/O、存儲和遠程管理容量。 高性能硬件 高性能的 System x 服務(wù)器，如 x3950 配備了高性能的 Intel Xeon 處理器，提供隨需應(yīng)變擴展（ XpandOnDemand）功能，為提高性能提供了簡單路徑。您可隨需求的增長添加處理器、內(nèi)存和存儲容量。 System x 服務(wù)器提供 I/O、內(nèi)存和處理器的創(chuàng)新優(yōu)勢，可以運行 32 位和 64 位應(yīng)用程序，從而能提供很好的性能和投資保護。 面向隨需應(yīng)變 成為隨需應(yīng)變企 業(yè)意味著發(fā)現(xiàn)在動態(tài)商業(yè)環(huán)境中增長、適應(yīng)和相應(yīng)的方法，同時管理成本。 System x 系統(tǒng)提供卓越的可用性和系統(tǒng)管理功能，幫助更好的管理和設(shè)置您的計算資源，營造能夠隨業(yè)務(wù)需求增長的相應(yīng)性 IT 環(huán)境。 Microsoft 解決方案 System x 服務(wù)器運行 Windows 操作系統(tǒng)，提供卓越的性能和功能。 System x 支持廣泛功能，從為希望一站式采購的客戶提供預(yù)裝 Windows 操作系統(tǒng)的精選產(chǎn)品，到為需要可擴展性及可靠性的客戶分發(fā) Datacenter Edition。 利用存儲技術(shù) 數(shù)據(jù)是企業(yè)的關(guān)鍵 組件。高效處理數(shù)量日益增多的信息是隨需應(yīng)變企業(yè)取得成功的關(guān)鍵因素。 IBM TotalStorage174。 產(chǎn)品家族提供廣泛的可擴展、開放、創(chuàng)新的存儲技術(shù)，包括磁盤和磁帶存儲系統(tǒng)、存儲網(wǎng)絡(luò)解決方案、虛擬化和存儲管理軟件等。 IBM 可幫助部署并維護存儲基礎(chǔ)設(shè)施，提供旨在提高業(yè)務(wù)效率和連續(xù)性的解決方案，同 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 15 頁 共 82 頁 時通過自動化幫助提高生產(chǎn)率。 價格合理的 System x 解決方案 System x 系統(tǒng)設(shè)計用于適合所有的應(yīng)用工作負載環(huán)境，從入門級、單一處理器 x100 直到企業(yè)級 x3950。 本方案中我們將選用 System x 系列中 IBM eServer xSeries 3850 服務(wù)器作為管控和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。 第 2 章 鄆城煤礦基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)（赫斯曼）控制層的硬件架構(gòu) 概述 鄆城煤礦是即將基本實現(xiàn)機械化生產(chǎn)，具有復雜生產(chǎn)系統(tǒng)的礦井，為提高礦井的生產(chǎn)效率，對礦井水泵自動化、皮帶煤流監(jiān)測等環(huán)節(jié)實施統(tǒng)一操作、集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度。楊營礦井 綜合自動化系統(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、計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理論和技術(shù)，采用世界先進的自動化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工業(yè)控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件，將煤礦生產(chǎn) 、管理的各個環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上，形成一個統(tǒng)一、完整的有機整體，使其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動化覆蓋范圍方面處于同類礦井的領(lǐng)先水平。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 16 頁 共 82 頁 設(shè)計綜述 鄆城煤礦綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)遵循數(shù)字化、高速化、智能化、標準化、安全可靠、易擴充升級的原則進行設(shè)計，同時充分考慮公司綜合自動化總體規(guī)劃和楊營礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的現(xiàn)狀。 對于鄆城煤礦工業(yè)綜合自動化平臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，此次將考慮在井上、下設(shè)置獨立的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，主鏈路采用千兆光纖。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，同時具備高冗余性能。 ? 各環(huán)網(wǎng)結(jié)點主要是連接結(jié)點交換機附近的工業(yè)設(shè)備，以達到控制和信息采集的目的信息層 ： 建設(shè)信息管理網(wǎng)，采用標準 TCP/IP 協(xié)議和以太網(wǎng)技術(shù)。實現(xiàn)礦區(qū)各個管理部門的網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)人、財、物以及工程項目管理的綜合自動化，能對煤炭的生產(chǎn)狀況進行實時監(jiān)視 ,為管理決策提供依據(jù)。 ? 控制層：建設(shè)綜合自動化控制網(wǎng)，采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) +現(xiàn)場工業(yè)總線 來實現(xiàn)，實現(xiàn)將井上和井下區(qū)域控制器和設(shè)備監(jiān)控站所采集的信息和控制信號傳送給有關(guān)系統(tǒng)。 ? 設(shè)備層： 在設(shè)備控制層主要是煤礦各專業(yè)控制子系統(tǒng)，將在后續(xù) 章節(jié)敘述。 工業(yè)控制層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)與產(chǎn)品選型 本方案將采用基于以太網(wǎng) TCP/IP 的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸介質(zhì)采用層絞式礦用阻燃型光纜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用基于光纖工業(yè)以太網(wǎng)的環(huán)形架構(gòu)。 技術(shù)選擇 現(xiàn)代煤礦的生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)中往往使用到多家廠商提供的多種不同類型的設(shè)備，為了達到方便管理，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定的目的，必須選擇一個開放的通信平臺，并將各種不同類型設(shè)備的通信統(tǒng)一到這一標準通信平臺之上。為保證良好的兼容性和可擴充性，建議使用以太網(wǎng) TCP/IP 技術(shù)作為整個系統(tǒng)的通信標準。如有其他類型的通信格式 ，如 RS232， RS485 或其他專用通信接口等等，均可通過協(xié)議網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信息包，在 IP 網(wǎng)絡(luò)上進行傳送。以太網(wǎng) TCP/IP 技術(shù)具有以下的優(yōu)勢： 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 17 頁 共 82 頁 ? 隨著企業(yè)的發(fā)展、各種新技術(shù)的應(yīng)用，可以預(yù)見，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求也會越來越高，比如基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控傳輸應(yīng)用和井下設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集等都需要進行大量數(shù)據(jù)的傳輸。以太網(wǎng)技術(shù)具有相當高的數(shù)據(jù)傳輸速率 (目前已有成功案例應(yīng)用于井下工業(yè)環(huán)境下的以太網(wǎng)交換機 )，能提供足夠的帶寬； ? 能在同一總線上運行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺或基礎(chǔ)構(gòu)架； ? 支持交互式和開放的數(shù)據(jù)存 取技術(shù)； ? 沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設(shè)置、維護和診斷工具，成為事實上的統(tǒng)一標準； ? 允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓撲結(jié)構(gòu)。 以太網(wǎng) 早期 存在不確定性和實時性能欠佳的問題， 已通過 智能 交換機 的使用、主動切換功能的實現(xiàn)、優(yōu)先權(quán)的引入等，基本上得到了解決。通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率，仔細地選擇網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu) 、設(shè)置服務(wù)質(zhì)量（ QOS） 等， 從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和實時性。 因此本方案選擇 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) 組網(wǎng)技術(shù)作為綜合自動化控制網(wǎng)的技術(shù)選型。 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的選型 ? 綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品選擇 由于工業(yè)環(huán)境（如煤礦等行業(yè)）的特殊性，普通交換機在抗干擾性能、電磁兼容性、可靠性、可用性、 MTBF 等方面不能完全適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的要求，且不能形成高速冗余環(huán)的連接方式，使用壽命也會大大降低。因而必須采用工業(yè)級的以太網(wǎng)交換機， 本方案采用德國赫斯曼公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機系列。 赫斯曼產(chǎn)品特點： 有工業(yè)級核心交換機，帶寬萬兆級別可承上啟下，無信息傳輸瓶頸。 可以建立多環(huán)，系統(tǒng)帶寬隨環(huán)數(shù)倍數(shù)增加，方便擴容。 交換機電磁兼容性、工作溫度、平均工作時間等指標是其他設(shè)備無法達到的。 德國赫斯曼公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換 機 MICE 系統(tǒng)產(chǎn)品均為工業(yè)級以太網(wǎng)設(shè)備。它們采用牢靠的重負荷設(shè)計，其性能指標遠遠超過一般的 OA 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，電磁兼容性、工作溫度、防震等指標完全符合工作現(xiàn)場的要求。 德國赫斯曼網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品還支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和多重冗余方式，如（單）環(huán) 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 18 頁 共 82 頁 網(wǎng)冗余、單環(huán)雙節(jié)點冗余、雙總線冗余、雙環(huán)網(wǎng)冗余和環(huán)間冗余。所有冗余結(jié)構(gòu)在切換時，已傳遞的數(shù)據(jù)延遲小于 50ms，不會造成數(shù)據(jù)丟失的問題。 鄆城煤礦冗余工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 綜述 隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，它不僅在辦公自動化領(lǐng)域而且在工業(yè)自動化場合得到了廣泛應(yīng)用，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。采用的基于工業(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、實時性、可靠性、開放性和互操作性的特點，因此， 本方案采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進行綜合自動化控制網(wǎng)的設(shè)計。 鄆城煤礦工業(yè)以太網(wǎng)的特點及安全要求 雖然脫胎于 Intra、 Inter 等類型的信息網(wǎng)絡(luò)，但是工業(yè)以太網(wǎng)是面向生產(chǎn)過程，對實時性、可靠性、安全性和數(shù)據(jù)完整性有很高的要求。 （ 1）工業(yè)以太網(wǎng)是一個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實時 性要求高，網(wǎng)絡(luò)傳輸要有確定性。 （ 2）整個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)按功能可分為處于管理層的通用以太網(wǎng)和處于監(jiān)控層的工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場設(shè)備層（如現(xiàn)場總線）。管理層通用以太網(wǎng)可以與控制層的工業(yè)以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，上下網(wǎng)段采用相同協(xié)議自由通信。 （ 3）工業(yè)以太網(wǎng)中周期與非周期信息同時存在，各自有不同的要求。周期信息的傳輸通常具有順序性要求，而非周期信息有優(yōu)先級要求，如報警信息是需要立即響應(yīng)的。 （ 4）工業(yè)以太網(wǎng)要為緊要任務(wù)提供最低限度的性能保證服務(wù)，同時也要為非緊要任務(wù)提供盡力服務(wù)，所以工業(yè)以太網(wǎng)同時具