坪上煤矿环网建设方案

阳煤集团坪上煤业有限责任公司工业以太环网建设方案1.总体设计思想坪上煤业有限责任公司位于昔阳县城西4Km处西南沟村东侧，行政区隶属昔阳县乐平镇管辖。该矿采用斜井开拓方式，两个开采水平，一水平标高为+700m，开采8、9号煤层。二水平标高为十630m，开采15号煤层，井田属沁水煤田阳泉矿区扩区。根据目前公司整体状况，考虑安全生产和企业管理的实际需求及信息系统具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，建设满足企业需求的先进性、成熟性和实用性的信息系统，提高公司整体信息化水平，为煤炭生产提供保障，提升企业竞争力，以“全局规划，整体集成，分步实施”为信息化建设的总体原则，逐步实现柔性快速的管理规划体系平台。2.遵循的原则1、标准化的原则为了达到最大限度内的数据共享要求，必须进一步提高基础数据的完整性。2、适用、实用的原则必须根据公司的自身特点，以解决生产、经营、管理中存在问题和发展需求为目的，依据实际需求进行分析，选择适合企业实用的系统结构与系统功能，即不可好高骛远，也不能只追求阶段有限的目标。3、信息化目标与企业发展战略相结合的原则从企业的发展战略中，明确信息化建设目标与发展万向，是信息化能成功实施的先决条件。无论是在系统设计，还是在系统实施，都必须把握住整体集成化这一核心问题，做到紧紧围绕企业的战略目标迸行集成，实现全矿井的信息化管理。4、信息内聚，突出集成的原则信息内聚是信息化规划时进行功能划分的重要技术原则，它使得系统模块间的通信最优化快捷。实现产品设计结构与物流系统的衔接和信息共享，必须按照信息集成和功能集成的策略来规划软件系统。5、先进性，实用性与安全性相结合的原则采用先进的软件规划和设计方法、软件开发工具，在系统中融入先进的全面资源计划管理、流程优化、知识共享等管理思想，并结合企业的实际需求进行规划。强调系统的实用性和易用性，将实用和效益作为判断系统成功与否的重要标准。6、开放性与可扩展性的原则采用开放的软件体系结构以及面向对象的分析、设计技术，基于组件的开发技术，使系统具有良好的开放性和可扩展性、可维护性。既要考虑到企业目前的需求和应用，还要兼顾到将来发展的需要，为将来的应用升级和二次开发提供良好的基础条件，保护现有投资。3.设计标准及依据本设计方案从系统设计、设备选型、设备运输及安装、售后服务等严格遵循国际及国家相关标准，遵循下列标准：国际、国家、行业标准化相关：1.IEC——国际电工委员会标准2.ISO——国际标准化组织3.GB/DL——中华人民共和国国家标准4.CCC——中国产品强制认证标准5.RoHS——电子信息产品污染控制管理办法6.《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）7.《供电系统设计规范》（GB50052-95）8.《低压电气设计规范》（GB50054—95）9.《工业企业通讯设计规范》（GBJ42-81）10.《工业企业通信接地设计规范》（GBJ115-87）11.《电气装置安装工程接地装置、施工及验收规范》（GB／T50169）12.IEEE802.3以太网规范13.《安全防范工程程序与要求》（GA/T75）14.《中华人民共和国安全防范行业标准》（GA/T74-94）15.《信息技术设备（包括电气事务设备）安全规范》（GB4943-1995）16.《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）17.《计算机场地技术条件》（GB2887—89）18.《电工电子产品基本环境试验规程试验方法》（GB2423.1/2/3-89）19.《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》（GB/T17626.5-1999）20.《电子测量仪器可靠性试验》（GB11463-89）21.《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》（GB/T17618-1998）22.《电子测量仪器振动试验》（GB6587.4-86）山西省及阳煤集团相关：23.晋煤办安调发【2010】333号《山西省煤炭工业厅煤炭企业调度室质量标准化标准及考核评级办法（试行）》24.《山西省煤炭产量监控系统管理规定》25.阳煤发（2007）565号《阳煤集团通信、电视及信息网络系统安全运行管理办法》26.阳煤发（2007）614号《阳煤集团信息化工作管理办法》27.阳煤发（2007）617号《阳煤集团信息化建设技术规范标准》28.阳煤生字（2010）432号《关于转发〈山西省煤炭工业厅煤炭企业调度室质量标准化考核评级办法（试行）的通知〉的通知》29.其他相关文件、规范及规定4.工业以太环网4.1.系统概述及作用随着自动控制及计算机网络技术的快速发展，煤矿工业以太环网系统在煤矿得到了广泛应用。所谓煤矿工业以太环网系统就是将矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统通过高速工业以太环网和自动化平台软件整合，通过防火墙与矿级管理系统相连，来实现全矿井的管控一体化。建立综合自动化煤矿环网，能实现控制系统的集中、高速传输。采用MCTP矿用本安型多通道工业以太网技术，构建的综合自动化工业控制环网，将三网合一（电信网、计算机网和有线电视网），实现了对煤炭生产、设备运行、生产调度、安全监测监控等实时远程监控和数据自动采集，提高了对各类问题的准确判断及应急处理能力。具有安全可靠、结构简单、维护方便、扩展性强等技术特点，将生产监测监控子系统集成到统一的传输平台上，为远程监测监控提供了网络基础。采用实时数据库技术及组态技术，形成了统一的管控指挥应用平台，实现了井下皮带、供电、架空乘人装置等系统的远程控制和自动化控制。大幅提高煤矿生产能力和安全生产管理水平。4.2.矿井现状阳煤集团坪上煤业有限责任公司矿井下现有安全监测点21个重庆煤科院的通用监控分站，共计71个探头，每个分站连接不同数量的检测传感器，包括瓦斯监控、烟雾监控、风速监控等。人员定位采用运城众鑫公司的KJJ56型矿用人员定位管理系统，检测分站为KJJ-XX，数量有10个。广播系统共有14个终端，计划扩展到四十个左右。产量监控系统瘫痪，准备重上一套新的。调度平台只有一套电话系统，为华亨电信的SH-4810A型通信平台，有160部电话，结构单一，煤矿核心人员不能在第一时间掌握煤矿的生产状况和安全状况。目前，阳煤集团坪上煤业有限责任公司的安全监控系统和人员定位管理系统及视频监控系统、广播系统是相互独立的，没有相互关联并形成统一的信息化管理平台，信息化管理水平低下，不能满足煤矿的长远发展和安全高效生产的要求，迫切需要进行信息化改造。而煤矿信息化改造的基础就是煤矿工业光纤环网的建设、改造。目前坪上煤业有限责任公司自动化控制系统用到的物理接口类型有：RS485接口、现场总线接口（如：Profibus、Modbus、LanWork、CAN等）、PLC可编程控制器接口、RS232／485串口、上位机／操作员站等。以上物理接口同工业以太网的转接，见下图RS485接口PLC可编程控制器接口接口现场总线接口RS485/232串口接口上位机操作员站以太网卡或者转换接口卡工业以太环网环网交换机4.3.系统架构随着以太环网技术的迅速发展及其在工业领域的应用日渐广泛，越来越多的工业设备的通信标准也逐渐开始支持TCP/IP网络协议，使以太环网技术的应用领域开始向工业延伸。但在煤矿井下生产控制领域，不但需要工业以太环网具有煤安认证，还需要网络能在比较恶劣的工作环境下稳定地工作。在煤矿井下工业自动化控制领域，所需连接的设备分布较分散，单个地方连接设备少，这就对支持光纤冗余环路的光纤以太网络交换机产品有了较大需求。为了实现光纤冗余环路功能，需要采用高性能的微处理器实现网络的管理和控制功能，并采用高性能的网络交换芯片实现基本的100/1000Ｍ以太网交换功能。根据以上分析，煤矿井下工业以太环网需要经过特别设计，才能提供工业级的可靠性和稳定性，以满足长期连续运行的需求。煤矿综合自动化网络平台可以采用设备层+工业以太冗余环网+Intranet管理网络的三层结构模式。企业网络系统在技术设计时，其骨干网络可靠性和安全性是第一位的，同时要建设高带宽、高可靠性的网络主干。在煤矿综合自动化网络平台骨干网的设计中将采用工业以太冗余环网技术组成。在此基础上再通过二级、三级接入层交换机到达用户桌面。为了安全和可靠在煤矿工业以太环网和企业管理层局域网之间设置防火墙，用来隔离管理网与生产控制网，保证生产控制网的安全。4.4.关键技术矿用工业以太网必须整合工业以太网技术（包括环型冗余技术、链路聚集技术等）、嵌入式系统技术等最为先进的网络技术，能最大限度地保证煤矿数据信息传输的可靠性和实时性。4.4.1.工业以太网技术普通商用以太网不能保证网络的冗余性、可靠性和实时性，为使以太网能够成功应用在工业控制领域，许多研发机构和厂商相继推出了以太网的环冗余和链路聚合等技术。工业以太网环冗余技术由于很多场合环境恶劣，存在网络意外断裂的可能较大，而另一方面，出于生产和安全的需要，对网络的可靠性要求又很高，所以需要信息传输网络能够提供链路冗余。环型以太网结构的出现在很大程度上解决了以太网的容错问题，提高了以太网的可靠性。环型网络构造了一个简单环，从而保证了在某条链路意外损坏时数据仍然可以通过备用链路传输。在交换式以太网中，冗余的管理能够实现很高的网络可用性，交换式高速以太网启用环冗余的时间少于300ms，也就是说，一条链路出错后，网络可以在300ms时间以内重新可用。链路聚合技术链路技术可以在不改变现有网络设备以及原有布线的条件下，使用专用的软件或软硬件结合的产品，把多条交换机到服务器或交换机到交换机的数据通道捆绑起来，形成一条逻辑上的高带宽数据链路，满足高带宽应用的需要，同时还可以增加网络的负载均衡能力以及容错性，极大地提高整个系统的性能。当聚合链路中一条或几条（不是全部）意外损坏时，数据仍然可通过剩余的物理链路传输。4.4.2.嵌入式系统技术嵌入式系统是能够完成一种或多种特定功能的计算机系统，是软硬件的紧密结合体。具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的应用环境。其最大的特点是其目的性或针对性很强，每一套嵌入式系统的开发设计都有其特殊的应用场合与特定功能，这也是嵌入式系统与通用的计算机系统最主要的区别。另外，嵌入式技术与实时性有着天然的联系。由于嵌入式系统是为特定的目的而设计，且常常受到空间、成本、存储、带宽等的限制，因此它必须最大限度地在硬件和软件上“量身定做”以提高效率，这样的结果最终导致了实时性的增强。在网络通信设备和工业控制领域，嵌入式系统发挥了重要的作用，目前主要应用在路由器和交换机上。从根本上说，在网络通信设备中，只要用到了CPU，那么在其上一定要运行一个完成特定功能的操作系统，也就是嵌入式系统，所以嵌入式系统和网络通信设备是不可分割的。实时多任务操作系统（RTOS）是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它嵌入在目标代码中，在系统复位后首先执行，负责在硬件基础之上，为应用软件建立一个功能更为强大的运行环境，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。实时操作系统主要任务是对事件的进行实时的处理，虽然事件可能在无法预知的时刻到达，但是软件上必须在时间发生时能够在严格的时限之内作出相应，即使在尖峰负荷下也应如此。另外，实时操作系统的重要特点是具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等情况作出精确的估计。RTOS是计算机专家们多年潜心研究的结果，使用RTOS不仅增加了嵌入式应用系统的可靠性，而且应用程序的调试也会方便许多。煤矿安全生产中一个关键的因素就是保证监测信息和控制信息的实时传递，因而我们在矿用工业以太网产品设计时选择具有高实时性保证的嵌入式操作系统和嵌入式处理器芯片，即使在网络需要传输图像、话音等大数据量的信号时，也能保证控制信号等重要信息的实时性。结合嵌入式WebServer技术，可以通过浏览器界面方便地对交换机进行管理和控制。4.5.网络拓扑结构综合信息自动化控制平台的主干网结构采用环形工业以太网，主干网传输介质为光纤，采用工业以太网交换机进行数据交换。地面、井下连接成一个光纤环网在控制中心机房