发布时间 : 星期一 文章坪上煤矿环网建设方案 - 图文更新完毕开始阅读73a7820726fff705cd170a5e
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Web Server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通过高性能的工业级核心交换机连接起来，构成一个统一的矿井监控信息子网，该子网运行在一个相对独立的网段中，通过隔离网闸与以后建立的矿企业网（也即是信息网络）隔离。
针对井下的恶劣环境，井下工业以太环网交换机采用赫思曼KJJ309-J2千兆以太环网交换机，分别在井底中央配电站、采区配电站、井底车场各布置一台，传输采用井下阻燃单模光纤。软件上，采用井下工业以太环网监测平台，实现井下工业以太环网交换机运行情况，如交、直流供电、停电、瓦斯浓度、人员定位、故障等信息的实时监测、历史记录查询及分析。
在井下工业以太环网的基础上，可以实现井下人员定位管理系统、电网监测监控系统、瓦斯抽放监控系统、主扇运行监控系统、工业视频监测系统、工业信号集控系统等相关系统的集中传输与管理。
通过在地面机房、副井区、风井区安装3台赫思曼RS30千兆以太环网交换机，铺设5KM井下阻燃单模24芯光纤和6KM地面单模24芯光纤，覆盖井下及地面产量监控、广播等系统，实现坪上煤业有限公司井上下工业以太环网，并通过在地面建设井上下工业以太环网监测平台，实现工业以太环网的实时监测。。
系统拓扑结构如下图所示：
使用环型结构的优点是可以提供链路冗余，当某条正在工作的链路意外损坏时，可以在300ms内快速切换到冗余链路，组网也较为简单，价格适中。安全生产、监测监控等综合自动化系统通过智能接入分站/网关/网络通讯模块和工业以太网络交换机接入井上下工业以太环网。
4.6. 主要网络性能指标
1) 主干网速率： 1000M
2) 传输介质：单模光纤（传输距离45km）； 3) 产品防护等级： IP64
4) 防爆等级：隔爆型 或 隔爆兼本安型；
5) 供电电压等级：交流：127V、660V（＋10%～－25%） 6) 使用条件：温度：-10℃～＋45℃ 7) 湿度：不大于95%(＋25℃)
8) 周围介质：允许使用环境中有爆炸危险介质。 9) 支持基于Web的网络管理系统（可选），可以通过浏览器对交换机进行管理和控制； 10) 每台交换机支持8个以太网接口，可以选择为电接口、光接口或两者的任意组合； 11) 支持全双工/半双工运转；
12) 工业以太网每段网站可连接100个，整个网络最多可达1024个； 13) 支持单冗余链路，最大网络重构自愈时间小于300ms。
4.7. 系统特点
1）开放性：系统是完全开放的网络平台，并且符合国际公认的网络标准IEC61158等，同时具备成熟的第三方连接能力。
2）信息传输服务：控制层提供方便的接入端口，无论从任何一点接入，都能方便地支持程序的上传、下载、系统诊断和数据采集功能，且不需要复杂的编程或特殊的软硬件支持，同时不影响实时信息传输性能；当系统某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其他子系统的通讯和整个网络的传输性能。
3）工作模式：系统支持B/S模式的数据通讯结构。数据块传送和报文发送都可通过组态完成，不需额外编程；同时也支持B/S、C/S结合控制方式。
4）网络速率：网络上任意节点的数据传输速率不小于10Mbps。
5）网络节点数：单一网络提供不小于99个站点的连接能力，并能根据应用需要，支持灵活的网络分段以及相应的隔离或者桥接方案。
6）网络介质：支持双绞线和光纤连接，根据实际需要提供灵活的电缆形式。
7）拓扑结构和范围：根据现场情况，支持星型、总线型和环形等多种拓扑结构，最大传输距离不小于15公里，通过中继的最大传输距离不小于30公里。
8）组态：拥有现成灵活的网络组态工具和强大的网络诊断功能，任何节点接入网络，而不需要更改从前的站号和配置，并应充分考虑今后扩展的方便性。
9）冗余：系统通过光纤环网方式实现以太网连接，即骨干网上任何一点的光纤连接意外断开，系统都能通过提供后备以太网链路，保证系统可用性的同时兼顾经济性。在物理上和逻辑上都要考虑到网络信道的冗余，确保网络通路的安全。
10）网络结构及节点划分：科学按区域、节点数量划分综合自动化控制网。所有单环单节点网络交换机都具有两个全双工千兆光纤端口，用于环节点的连接，构成一条完整的光纤环路。
当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或网络设备发生故障时，整个网络会自愈，并在300ms 内恢复正常的通讯。
11）系统满足IEEE802.3和IEEE802.3u等相关的行业标准。
4.8. 核心设备技术选型
4.8.1. 赫斯曼 MS4128千兆核心交换机
描述 型号 技术数据 端口类型和数量 管理 诊断 配置 安全 冗余功能 通过介质模块最多达28个端口 其中4个千兆双绞线（10/100/1000Base-TX）或千兆SFP（1000Base-Fiber）的Combo端口，24个百兆以太网端口 串口，web界面，SNMP V1/V2/V3，HiVision网管软件 LEDs，电缆检测仪，2个信号触点，RMON远程管理，端口镜像，网络拓扑发现802.1AB 命令行，Telnet，BootP,DHCP,Option82,HiDiscovery,自动配置适配器（ACA21-USB） SNMP V3，端口安全，IEEE802.1x验证 HIPER-Ring超级冗余环，双超级冗余环，RSTP，冗余网络/环间耦合，Dual Homing，链路聚合，冗余24V供电，冗余信号触点 4个级别的Qos，端口优先级（IEEE802.1D/p），VLAN（IEEE802.1Q），组播（IGMP Snooping/Querier），组播GMRP IEEE 802.1D，广播限制器，Fast Aging 流量控制802.3x，端口优先级802.1D/p，优先级（TOS/DIFFSERV），优先级（MAC/IP），优先级映射（TOS 二层），流量整形（单播、组播、广播）Ingress/Egress 静态路由，RIP，OSPF，VRRP， 静态路由RIP，VRRP 组播途径（PIM-DM，IGMP，V1/V2/V3,DVMPR） 网管型千兆工业以太环网交换机 二层专业版软件 MS4128-L2P 三层增强版软件 MS4128-L3E 三层专业版软件 MS4128-L3P 过滤服务 流量控制 路由 4.8.2. 赫斯曼RS30千兆环网交换机
产品描述 描述 千兆以太环网交换机 具有网管功能的工业以太网交换机 以太网(10 Mbit/s)和快速以太网(100 Mbit/s) 和千兆以太网(1000 Mbit/s)