井下环网、矿用工业环网系统

KJJ127矿用工业环网系统


系统简述：
1.1系统设计原则 考虑到某某煤矿综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展


趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的


特点。


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详细介绍
1.1系统设计原则 


考虑到某某煤矿综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实


际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目的设计


原则为：“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可


查询性、互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实


际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则： 
可靠性 
高效稳定的系统，能提供全年365 天，一天24 小时的不停顿运作。对于安装的服


务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境


，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。


实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网


络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。因此，在


硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗


余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。 
安全性 
网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施


应包括：防、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。 
先进性、成熟性 
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的


生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。 
实用性 
由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在


很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因


此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。 
易操作性 
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检


索等有效工具。 
互联性和可扩展性 
把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统


之间的互联性和可扩展性。充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与


技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、


结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性


、可靠性和经济性的基础。 
经济性 
在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个尽可能高水平


的、完善的网络系统。所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的


原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。
实时性 
设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。 
完整性 
提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运


作上。 
可查询性 
提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。 


1.2项目达到的效果 
系统建成后，能把各个子系统有机整合在一起，能使某某煤矿井上下各生产环节


的生产工况信息在现有条件下进行有效集成，能够将各子系统的数据进行深入挖


掘，进而实现相关联业务数据的综合分析以及生产状态的实时评估，达到“管控


一体化”和统一调度指挥决策的目标。系统可在地面中央监控室实现对矿井主要


生产环节如：煤流、采、运、供电、排水、压风等生产环节的集中监控，部分系


统实现可靠无人值守运行，有效提高矿井生产效率；另外可将环境监测、工业电


视、主副井提升、通风机、调度通信等系统的信息集中于统一的数据库管理、存


档、检索。同时可实现整个矿井的综合自动化网络和管理信息网络的的无缝连接


，矿各级领导和有关职能部门均可以通过网络终端进行数字化矿山系统的实时监


测、数据报表显示查询，矿调度人员及相关管理人员同步掌握生产设备运行状态


、产量及安全情况，便于快速做出反应，及时调度。系统能通过矿的网络统一出


口，与数据中心完成无缝对接，实现某某煤矿生产信息、安全信息和管理信息实


时交换，远程显示、查看相关数据。系统将矿井的环境安全监测系统、人员定位


系统、电网监控系、各主要环节自动化控制系统等信息集成到统一的平台软件上


进行综合分析处理，能实现矿井生产设备的优化运行控制和瓦斯等灾害的预警及


联动控制。某某煤矿建成的基于工业以太环网+现场总线技术的数字化矿山系统，


信息汇接能力强大，留有充分的扩展端口以适应系统今后扩容发展的需要。1.3总


体结构设计 
系统分为管理层、控制层和设备层三层结构。其中管理层为矿地面局域网，控制


层采用高速工业以太环网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和


可靠性。在管理层，管理网服务器系统负责收集全矿的生产、管理、经营等方面


的信息，并为管理网与国际互联网的连接提供服务；在管理网的各PC终端，可以


在统一的界面下根据权限和等级查看全矿的所有信息。控制层分为过程控制和集


中监控层，在过程控制层，PLC分站、电机智能控制器、其它智能监控分站等对现


场设备实现运行参数的采集，并负责传达集中控制信号至现场设备；各子系统通


过其现场总线采集各自所控制设备的运行参数，并实现对整个子系统设备的集中


控制。设备层主要包括：传感器、执行器、开关柜等现场设备。 


2.1网络拓扑结构设计 
平台主要由核心交换机、地面光纤环网交换机、井下环网交换机、防火墙、UPS电


源、打印机等组成。 全网建成后的性能可以保证达到以下水平：全网交换机连接


均可基于单、多模光纤或铜介质，可按需要任意选择；光纤网络中的任何位置发


生一个断点事故均可在瞬间内完成链路通信的恢复；全网基于统一、简洁的网络


管理。 
机房核心交换机： 
在调度室中心机房配置2台赫斯曼公司的MACH4002-24G-L3EHCP三层交换机，工作


方式：双机热备。 
地面环网：
在主井提升机房配电室、副井井口房变电所、北通风机房、中央通风机房、10KV


变电所共5个节点，配置5台赫斯曼公司的MS4128-L2PHC地面环网交换机，组成地


面1000M环网。 
井下环网： 
在中央采区泵房变电所、140M水平泵房变电所、北一采区变电所、北一采区泵房


变电所、中央采区变电所共5个节点配置5台KJJ137（MS4128-L2PHC模块）1000M环


网交换机，组成井下环网。 
采集服务器： 
在中心机房部署两台IBM 3650 M3机架式服务器，作为各子系统数据采集服务器用


。工作方式：双机热备。 
数据服务器： 
在中心机房部署两台IBM 3650 M3机架式服务器，作为数据库数据管理服务器。工


作方式：双机热备。 
WEB服务器： 
在中心机房部署一台IBM 3650 M3机架式服务器，作为网络浏览服务器，工作方式


：提供系统内网页浏览服务。 
应用服务器： 
在中心机房部署一台IBM 3650 M3机架式服务器，在服务器上部署KJ90综合系统平


台系统。工作方式：系统生产业务处理。 
磁盘阵列： 
在中心机房部署IBM DS3500 双控光纤磁盘阵列柜,系统所有采集数据和业务数据


全部在本磁盘阵列做存储。 
2.2其他技术要求 
1) 整个自动化综合控制网采用赫斯曼工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣


环境的稳定运行； 
2) 系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复


时间短（0.05S），通信更加可靠；所有交换机采用高性能的赫思曼模块化千兆交


换机，避免网络中部分节点故障，同时满足以后的扩容和升级；　 
3) 矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度


高矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议


； 
4) 平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。为数据


、视频、语音三网合一提供了足够的带宽； 
5) 整个网管系统可对所有的综合自动化网的网络设备进行实时监控，出现故障实


时报警。 
6) 在矿信息网与监控网中采用天融信防火墙连接，实现监控网的安全隔离。 
7) 采用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强。核心交换机提供


OPC协议，支持监控软件的集成； 
8) 整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，


稳定性提高； 
9) 由于以Internet/Intranet/Infranet为整体构架，具有开放的传输接入平台，


系统集成能力显著提高，今后矿井各种自动化监测监控系统均可方便就近接入，


易于扩展，无须重复布线，节约投资； 
10) 平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便


与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享； 
11) 井下交换机经过防爆认证，具有MA，同时增加UPS电源保护，在市电停电后，


可运行四个小时以上。 
12) 支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式，如（单）环网冗余、单环双节点冗


余、双总线冗余、双环网冗余和环间冗余，本次投标方案采用单环单节点双冗余


环网。 
13) 环网核心交换机具有路由功能的卡轨式模块交换机。核心交换机有相对独立


的模块插槽，每个模块插槽能够配置一块引擎模块，引擎模块上的子卡插槽，可


以配置不同种类的网络接口卡。 
14) 环网交换机支持多光口、电口混合连接，支持Web管理，支持SNTP简单网络时


间协议，准确记录故障时间。 
15) 交换机管理软件要求能统一配置、管理、监视所有交换机，可监视所有具有


SNMP(简单网络管理协议)功能的设备；支持通讯故障自诊断、定位、报警；在更


改设备配置时只要在网管工作站对相关设备进行合适配置，通过网管工作站对网


络设备进行日常管理、流量统计、故障分析等。 
16) 交换机支持流量控制功能，防止广播风暴；支持端口的优先级划分和VLAN划


分；支持端口和MAC地址的绑定，提高系统安全性。