淺談葛鋪礦綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和使用情況

1、    淺談葛鋪礦綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和使用情況    馬智峰摘  要：根據(jù)我國(guó)當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展成果、葛鋪礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)的建設(shè)需求、礦井井下巷道的分布結(jié)構(gòu)和礦井未來(lái)發(fā)展的需要，從mach-4002核心交換機(jī)的選取到系統(tǒng)vlan劃分方式等方面，綜述了葛鋪礦綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)方案，并闡述了環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的使用情況。關(guān)鍵詞：工業(yè)環(huán)網(wǎng);核心交換機(jī);vlan;以太網(wǎng)：td67              &

2、#160; ：a               doi：10.15913/ki.kjycx.2015.01.109近年來(lái)，隨著能源行業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)煤炭企業(yè)需要不斷提升管理水平、節(jié)約管理成本，以適應(yīng)日趨嚴(yán)峻的市場(chǎng)環(huán)境。在此背景下，我國(guó)提出了“兩化”融合的戰(zhàn)略目標(biāo)。所謂“兩化”融合，是指信息化與工業(yè)化的深度結(jié)合，旨在以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，從而走上新型工業(yè)化的發(fā)展道路。具體而言，煤炭企業(yè)的“兩化”融合目標(biāo)為煤礦的綜合自動(dòng)化

3、建設(shè)，而煤礦綜合自動(dòng)化建設(shè)的重中之重為工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)。目前，多數(shù)煤礦企業(yè)均以工業(yè)以太網(wǎng)形式實(shí)現(xiàn)各類自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集中管控，進(jìn)而形成了完整的管控一體化綜合應(yīng)用平臺(tái)。簡(jiǎn)而言之，工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)管理和控制領(lǐng)域的局域網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)層面上可與普通商用以太網(wǎng)（ieee 802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在實(shí)際應(yīng)用中，在材質(zhì)的選用、系統(tǒng)的抗干擾性、本質(zhì)安全性、操作的實(shí)時(shí)性和交互操作性等方面都需要加強(qiáng)，以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要。工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)選用了以太網(wǎng)絡(luò)多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的環(huán)形架構(gòu)，它可支持各種模式的通信，比如單播、多播和廣播，且能防止數(shù)據(jù)失序或重復(fù)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)交換中具有自動(dòng)檢測(cè)環(huán)路的

4、功能，當(dāng)環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備出現(xiàn)故障或一個(gè)方向的光纜斷傳時(shí)，能迅速切換至備用鏈路，以保證數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)、可靠傳輸。1  礦井的規(guī)劃需求葛鋪礦井田位于寧武煤田嵐縣勘探區(qū)的中南部，井田面積為9.26 km2，儲(chǔ)煤量為1.4×108 t，可采儲(chǔ)量為9.53×107 t。礦井設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)能力為1.5×106 t/年，服務(wù)年限為45.4年，屬資源整合礦井。在規(guī)劃中，強(qiáng)化了礦井日常的管理和控制，充分把握了未來(lái)煤礦信息化的發(fā)展方向，以太網(wǎng)建設(shè)分別采用了自動(dòng)化、信息化等技術(shù)手段，并整合了各類自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)，最終建成了可

5、共享信息的綜合自動(dòng)化平臺(tái)和綜合信息化平臺(tái)。1.1  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)一般采用總線結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，可以采用單環(huán)、雙環(huán)、雙星形或多總線等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余。幾種工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間的比較如表1所示。表1  幾種工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間的比較星形環(huán)形雙星形雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋鲆粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)下聯(lián)各個(gè)分節(jié)點(diǎn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)雙核心、雙接入節(jié)點(diǎn)，接入節(jié)點(diǎn)分別連接到核心節(jié)點(diǎn)，形成2套網(wǎng)絡(luò)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)優(yōu)點(diǎn)布線簡(jiǎn)單、管理方便，可直接通過背板交換，交換速度快采用分布式網(wǎng)絡(luò)，允許光纖出現(xiàn)

6、一處斷點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生連路故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可在500 ms內(nèi)自動(dòng)切換至總線采用冗余網(wǎng)絡(luò)，允許交換機(jī)故障、光纖故障、網(wǎng)線（網(wǎng)卡）故障存在，直接通過背板交換，交換速度快采用冗余網(wǎng)絡(luò)，允許交換機(jī)故障、兩處光纖故障、網(wǎng)線（網(wǎng)卡）故障存在，是常用的高級(jí)工業(yè)冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)缺點(diǎn)沒有冗余，且中央交換機(jī)的分線過于集中屬于簡(jiǎn)單冗余，當(dāng)某一交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障布線復(fù)雜，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均為雙份，成本高。冗余通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，因此切換時(shí)間與程序編制有較大關(guān)系布線呈雙環(huán)形，布線簡(jiǎn)單，其他成本，比如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)光（電）纜、網(wǎng)卡均為雙份，與雙星形相同成本低最低最高高冗余時(shí)間基本<500 ms取決

7、于軟件鏈路故障恢復(fù)<500 ms，其他故障取決于軟件根據(jù)以上4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比，綜合評(píng)估實(shí)用性、性價(jià)比等方面后，結(jié)合礦井實(shí)際的應(yīng)用需求，決定對(duì)井上系統(tǒng)、井下系統(tǒng)均采用單環(huán)網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)。1.2  礦井環(huán)網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)葛鋪煤礦礦井千兆控制網(wǎng)絡(luò)按區(qū)域、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、規(guī)模劃分為2個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)，即1個(gè)井上環(huán)網(wǎng)和1個(gè)井下環(huán)網(wǎng)。按照區(qū)域、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量等情況設(shè)立網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備：井上千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)分別于主立井提升機(jī)房、副立井提升機(jī)房、篩分車間、鍋爐房、礦井水處理站和通風(fēng)機(jī)房處設(shè)立節(jié)點(diǎn);井下千兆環(huán)網(wǎng)于中央變電所、采區(qū)上山膠帶機(jī)頭和590水平膠帶機(jī)頭處設(shè)立節(jié)點(diǎn)，子網(wǎng)之間相互

8、獨(dú)立，該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)段中，且與礦管理局域網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)。 為了達(dá)到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全級(jí)別的要求，且在兼顧操作和管理上具有便利性，礦井采用了井上、井下系統(tǒng)各通過1個(gè)單獨(dú)的環(huán)網(wǎng)核心交換機(jī)交換信息的方式。使用網(wǎng)段vlan的劃分可確保每個(gè)環(huán)網(wǎng)的單點(diǎn)故障不會(huì)影響另外一個(gè)環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，保證工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)出現(xiàn)廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或阻塞。同時(shí)，通過合理地分配ip地址，使之與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)相適應(yīng)，從而提高路由算法的效率、加快路由變化的收斂速度和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)地址的可管理性。2  環(huán)網(wǎng)的建設(shè)方案2.1  環(huán)網(wǎng)硬件的選擇由于煤炭行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有的特殊性，普通材

9、料在抗干擾性、電磁兼容性、可靠性和可用性等方面無(wú)法完全適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的要求，因此環(huán)網(wǎng)硬件的選擇應(yīng)認(rèn)真、謹(jǐn)慎。環(huán)型以太網(wǎng)為千兆工業(yè)以太網(wǎng)，可為全礦各個(gè)子系統(tǒng)提供方便、靈活的工業(yè)以太網(wǎng)接口?？紤]到煤礦企業(yè)今后的自動(dòng)化改造和設(shè)備更新，井上環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)選用了能夠方便更換和擴(kuò)展接口的ms4128交換機(jī)，交換機(jī)采用12芯（gyxtw53-12）單模光纜連接形成的環(huán)路;井下環(huán)網(wǎng)選用了kjj104隔爆千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，交換機(jī)采用礦用12芯（mgtsv-i）阻燃光纜連接形成的環(huán)路。2個(gè)子網(wǎng)通過2臺(tái)mach-4002核心交換機(jī)連接，并使用2條通信鏈路分別連接至聯(lián)建樓調(diào)度中心，以達(dá)到上聯(lián)鏈路冗余的目的。在此情況下，整體自

10、動(dòng)化工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)形成了由2臺(tái)核心交換機(jī)、井下環(huán)網(wǎng)、井上環(huán)網(wǎng)組成的雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)，且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都由2條鏈路連接至核心設(shè)備，以防出現(xiàn)單點(diǎn)故障。2.2  環(huán)網(wǎng)valn和ip設(shè)置規(guī)劃vlan（虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)可以隔離各控制系統(tǒng)之間的廣播泛濫，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能，保證各子控制系統(tǒng)之間的獨(dú)立，方便多系統(tǒng)實(shí)時(shí)擴(kuò)展。按現(xiàn)有子控制系統(tǒng)的數(shù)量，可初步劃分為vlan10和valn11網(wǎng)段屬于煤礦各控制系統(tǒng)、vlan21屬于工業(yè)電視系統(tǒng)、vlan31屬于束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、vlan41屬于移動(dòng)通訊系統(tǒng)。雖然葛鋪煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的信息節(jié)點(diǎn)較多、業(yè)務(wù)較多，但是，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息點(diǎn)較少。因此，以操作簡(jiǎn)單、易維護(hù)為

11、目的，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，應(yīng)在每個(gè)生產(chǎn)監(jiān)控環(huán)節(jié)通訊數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配一個(gè)c類地址段，最大可具有254個(gè)主機(jī)地址，從而滿足葛鋪煤礦綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)不斷擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)需求。2.3  環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)網(wǎng)選用赫思曼公司提供的hivision網(wǎng)絡(luò)管理軟件統(tǒng)一管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。在hivision軟件中，可查詢各種故障報(bào)警的歷史記錄，能實(shí)時(shí)查看每個(gè)交換機(jī)的端口狀態(tài)、通訊流量和設(shè)置信息等，并允許使用萬(wàn)維網(wǎng)瀏覽器訪問并配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（通過http提供）。hivision可與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有機(jī)集成，且無(wú)須完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。此外，所有的管理信息都通過http協(xié)議傳送，具有方便、快捷的特點(diǎn)，且具有操作性和實(shí)時(shí)性，有利于管理員

12、實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)。3  環(huán)網(wǎng)安全設(shè)置保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行對(duì)于聯(lián)網(wǎng)企業(yè)而言十分關(guān)鍵，安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可保證礦方高效、準(zhǔn)確地完成日常的生產(chǎn)管理工作。要想構(gòu)建安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就要有效防范非法入侵者采用的攻擊手段和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在的漏洞。因此，應(yīng)有機(jī)結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立1套安全的防范系統(tǒng)，填補(bǔ)系統(tǒng)中各個(gè)級(jí)別的漏洞，切斷非法用戶的入侵渠道。礦方可采用以下4種方法保證網(wǎng)絡(luò)安全：在敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)控制層的光纜時(shí)，應(yīng)使用多芯備份光纖，同時(shí)，應(yīng)不定期檢查通信線路的安全性，以保證各信息點(diǎn)訪問的暢通。在各端口上設(shè)定數(shù)據(jù)流過濾，防止企業(yè)內(nèi)部的ip地址欺騙。在設(shè)備上設(shè)定各類訪問權(quán)限，配置訪問控制表，設(shè)備內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為

13、只有維護(hù)人員可登錄。同時(shí)，限制所有來(lái)自internet的用戶對(duì)設(shè)備的訪問（包括ping、telnet、discard、echo和snmp等），且只有維護(hù)人員可使用snmp訪問。結(jié)合實(shí)際選用1臺(tái)sis-3000-ge-td隔離網(wǎng)閘，用來(lái)連接綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)與企業(yè)信息化管理網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)控制層網(wǎng)絡(luò)與信息層網(wǎng)絡(luò)的有效隔離;在企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)與集團(tuán)公司連接節(jié)點(diǎn)上設(shè)置power v-3a26-td防火墻，以保證網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。4  環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行情況目前，已投入使用的葛鋪礦綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)平臺(tái)運(yùn)行有序、穩(wěn)定。人員定位系統(tǒng)、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等監(jiān)測(cè)控制子系統(tǒng)均有機(jī)集成到環(huán)網(wǎng)平臺(tái)中;井下多路工業(yè)視

14、頻信號(hào)通過環(huán)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸至調(diào)度中心，全礦可實(shí)時(shí)掌握礦井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài);井下各系統(tǒng)分站與地面中心服務(wù)器通過環(huán)網(wǎng)及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù);各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠高效、有序地完成礦井日常監(jiān)測(cè)和控制工作。綜合自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)和使用是葛鋪礦建設(shè)數(shù)字礦山宏偉目標(biāo)道路上的一個(gè)重要里程碑，為今后礦山數(shù)字化建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1何國(guó)家，張瑞璽.第六屆全國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集m.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.編輯：張思楠discussion on the gepu coal mine synthetical automati

15、on ringnetwork platform construction and usagema zhifengabstract： the need for the future development of distribution structure and mine development achievements， according to chinas cu

16、rrent industrial automation gepu ore industrial ring network， the demand of the construction of mine roadway， from mach-4002 core switch selects to system vlan decomposition methods， summarized the construction scheme of gepu coal mine synthetical