礦井千兆環(huán)網(wǎng)設計與應用

摘 要：隨著數(shù)字信息自動化管理技術的不斷深入，綜合自動化網(wǎng)絡、控制與傳輸應用都已經(jīng)深層次的應用到各廠、礦企業(yè)的生產(chǎn)、管理。但是，由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境影響。需要我們加大力度分析、有效的做好綜合自動化網(wǎng)絡、控制與傳輸。

關鍵詞：礦井 信息 通信 環(huán)網(wǎng) 交換機

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0036-02

滿足礦井數(shù)字信息系統(tǒng)傳輸，需要建設1000M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)做為各子系統(tǒng)傳輸平臺，保證各系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運行。系統(tǒng)傳輸平臺設計為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線的方式，主干傳輸光纜使用8芯單膜光纜。

建設傳輸平臺作為一個整體進行監(jiān)控與管理，使礦井在“采、掘、運、風、水、電、安全”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)全面實現(xiàn)信息化，實時掌握全礦井安全、生產(chǎn)、人員、經(jīng)營等所有方面的信息，形成統(tǒng)一、完整的有機整體，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，建立起礦井數(shù)字信息系統(tǒng)集中監(jiān)測監(jiān)控管理系統(tǒng)。

1 傳輸平臺拓撲結構

為了保證多環(huán)網(wǎng)通信的故障切換時間，可以布置支持三層動態(tài)路由功能的核心交換機兩臺在中心機房，可以縮短切換時間。傳輸介質(zhì)可以使用單模光纜。

接入綜合自動化平臺的各種設備：如采集服務器、數(shù)據(jù)服務器、各子系統(tǒng)上位機、工程師站、操作員站、客戶端等設備均直接接入中心機房的核心交換機上，井下各監(jiān)控設備就近接入環(huán)網(wǎng)交換機。

全網(wǎng)建成后的性能可以保證達到以下水平：全網(wǎng)交換機連接基于單模光纖傳輸；光纖網(wǎng)絡中的任何位置發(fā)生一個斷點事故均可在瞬間內(nèi)完成鏈路通信的恢復；全網(wǎng)基于統(tǒng)一、簡潔的網(wǎng)絡管理。

2 環(huán)網(wǎng)交換機選型

環(huán)網(wǎng)交換機采用臺灣MOXA工業(yè)級交換機（圖1）。

3 環(huán)網(wǎng)交換機布置設計

3.1 核心交換機

監(jiān)控中心布置2臺IKS-G6824-4GTXSFP-HV-HV核心交換機。配置參數(shù)：三層交換機，4個千兆單模光口，24個1000M電口。

3.2 井下環(huán)網(wǎng)交換機布置設計

井下環(huán)網(wǎng)交換機采用KJJ137隔爆兼本安型環(huán)網(wǎng)交換機。

端口配置：2個千兆單模光口，3個100M光口，13個百兆電口，8路以太網(wǎng)轉485總線。

4 平臺網(wǎng)管功能

4.1 診斷

自動生成網(wǎng)絡拓撲圖，方便安裝、維護，便于網(wǎng)絡設備管理與維護；所有事件信息都實現(xiàn)顏色狀態(tài)顯示，提醒用戶及時維護網(wǎng)絡。

診斷功能。

（1）監(jiān)控ICMP和SNMP設備。

（2）更為細致的了解設備狀態(tài)。

（3）支持報警和事件，同時可預先定義事件發(fā)生時所采取的動作如消息窗口， email，SMS或啟動某個程序。

（4）狀態(tài)配置。

（5）多端口分析器幫助全網(wǎng)的端口診斷和優(yōu)化控制。

（6）MAC地址到IP地址的分配，搜索MAC。

（7）通過SNMP實現(xiàn)長時間的監(jiān)控并計入日志。

4.2 配置

基于LLDP的拓撲發(fā)現(xiàn)（鏈路協(xié)議發(fā)現(xiàn)IEEE802.1AB），提供交換機、無線局域網(wǎng)和終端設備發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡示意圖，設備狀態(tài)，鏈路和連接狀態(tài)，電源和風扇狀態(tài)……，ICMP（ping）和SNMP的可用性，MAC/TP地址分配，LION，BAT54 Rvail支持SNMP的交換機所設有支持ICMP的設備，支持輪訓和SNMP V1 trap報警和時間日志，包括消息窗口，e-mail，SMS和程序啟動等方式的報警動作。

配置功能。

（1）自動發(fā)現(xiàn)所有的ICMP和SNMP設備。

（2）保存并生成設備列表。

（3）輸出列表到ACSII文件。

（4）導入特定產(chǎn)品模塊，這樣，用戶可以為未知設備定制自己的模塊。

（5）額外支持：Competence Center增值產(chǎn)品。

（6）多設備配置：同時配置多個設備，如：firmware固件升級。

（7）多端口管理器：同時配置來自不同設備的多個端口。

（8）整個網(wǎng)絡或單個設備的陷阱日志。

（9）可單獨為每個設備，端口，電源，風扇/機箱等設定各自狀態(tài)發(fā)送的方式。

（10）配置RMON報警和事件集成的SNMP MIB瀏覽器。

4.3 報警分類

端口報警、電源報警、網(wǎng)絡流向分析、網(wǎng)絡流量分析。

可單獨為每個設備，端口，電源，風扇/機箱等設定各自狀態(tài)發(fā)送的方式配置IP參數(shù)和陷阱目標。提供端口，設備和VLAN管理功能，配置工具可以配置單獨的任何設備和存貨清單。

4.4 文檔

文檔可導出網(wǎng)絡結構圖。

導出網(wǎng)絡拓撲圖，方便用戶檢查核對實時網(wǎng)結構是否與歷史差異；對所有歷史事件都具有保存、查詢功能便于分析問題。

4.5 節(jié)點數(shù)

配置50個節(jié)點。

4.6 流量控制

環(huán)網(wǎng)交換機支持VLAN、QOS功能，可實現(xiàn)流量控制。

5 安裝應用及實現(xiàn)的功能

（1）整個自動化綜合控制網(wǎng)采用臺灣MOXA工業(yè)級的設備，實現(xiàn)井下高溫、高濕等惡劣環(huán)境的穩(wěn)定運行。

（2）系統(tǒng)支持光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式，接節(jié)故障不影響整個系統(tǒng)性能，故障自恢復時間短（50 ms），通信更加可靠；所有交換機采用高性能的臺灣摩莎模塊化千兆交換機，避免網(wǎng)絡中部分節(jié)點故障，同時滿足以后的擴容和升級。

（3）礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺運行穩(wěn)定、可靠性好、線路機械強度高，礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺通訊協(xié)議采用標準的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議；

（4）平臺傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠、抗干擾和雷擊能力加強。為數(shù)據(jù)、視頻、語音三網(wǎng)合一提供了足夠的帶寬。

（5）整個網(wǎng)管系統(tǒng)可對所有的綜合自動化網(wǎng)的網(wǎng)絡設備進行實時監(jiān)控，出現(xiàn)故障實時報警。

（6）在礦辦公網(wǎng)與監(jiān)控網(wǎng)（工業(yè)網(wǎng)）中采用網(wǎng)閘連接，實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)的安全隔離。

（7）采用先進的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測速度快，實時性強。核心交換機提供OPC協(xié)議，支持監(jiān)控軟件的集成。

（8）整個寬帶傳輸網(wǎng)徹底突破了低速總線下的技術瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點容量大大增加，穩(wěn)定性提高。

（9）由于以Internet/Intranet/Infranet為整體構架，具有開放的傳輸接入平臺，系統(tǒng)集成能力顯著提高，今后礦井各種自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均可方便就近接入，易于擴展，無須重復布線，節(jié)約投資。

（10）平臺同時支持光纖多模、單模、超五類雙絞線傳輸介質(zhì)，結構靈活；可方便與局域網(wǎng)企業(yè)綜合管理信息系統(tǒng)連接，實現(xiàn)信息共享。

（11）井下交換機經(jīng)過防爆認證，具有MA，同時增加UPS電源保護，在市電停電后，可運行4個小時以上。

（12）支持多種網(wǎng)絡拓撲結構和多重冗余方式，如（單）環(huán)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，本次投標方案采用單環(huán)單節(jié)點雙冗余環(huán)網(wǎng)。

（13）環(huán)網(wǎng)核心交換機具有路由功能的卡軌式模塊交換機。核心交換機有相對獨立的模塊插槽，每個模塊插槽能夠配置一塊引擎模塊，引擎模塊上的子卡插槽，可以配置不同種類的網(wǎng)絡接口卡。

（14）環(huán)網(wǎng)交換機支持多光口、電口混合連接，支持Web管理，支持SNTP簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議，準確記錄故障時間。

（15）交換機管理軟件要求能統(tǒng)一配置、管理、監(jiān)視所有交換機，可監(jiān)視所有具有SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）功能的設備；支持通訊故障自診斷、定位、報警；在更改設備配置時只要在網(wǎng)管工作站對相關設備進行合適配置，通過網(wǎng)管工作站對網(wǎng)絡設備進行日常管理、流量統(tǒng)計、故障分析等。

（16）交換機支持流量控制功能，防止廣播風暴；支持端口的優(yōu)先級劃分和VLAN劃分；支持端口和MAC地址的綁定，提高系統(tǒng)安全性。

6 結論

礦井千兆環(huán)網(wǎng)的建設，完成了礦井各項信息系統(tǒng)的寬帶高速傳輸，適合井下多系統(tǒng)的接入。是集井下安全、生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的可靠傳輸平臺，為礦井綜合自動化建設提供有力的保證。