煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用研究

王麗霞

（山西焦煤西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大數(shù)據(jù)中心，山西 太原 030053）

0 引言

在新時(shí)期工業(yè)發(fā)展背景下，我國(guó)的煤礦工業(yè)出現(xiàn)了新的改變，建設(shè)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)階段煤礦工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在煤礦行業(yè)生產(chǎn)的過程中建設(shè)以太環(huán)網(wǎng)，既可以借助現(xiàn)代化自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)安全可靠的信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以高速的千兆工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)構(gòu)建完整的煤礦大型設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)活動(dòng)及資源配置的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一分配，使得礦井的各個(gè)系統(tǒng)能夠在異構(gòu)條件下實(shí)現(xiàn)互動(dòng)與資源的共享。通過對(duì)工業(yè)生產(chǎn)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，既可以有效地提升煤礦工業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠提升資源的利用率，所以現(xiàn)階段深度研究煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)概述

煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通信等現(xiàn)代化技術(shù)對(duì)復(fù)雜多變、人員裝備分散、應(yīng)用特殊設(shè)備的煤 礦中構(gòu)建一個(gè)符合防爆需求的高速互聯(lián)網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)的核心是在煤礦中建立具有冗余控制的工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)的方式對(duì)礦井中的各種類型信息進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化與信息化系統(tǒng)相連接，形成一個(gè)統(tǒng)一完整的生產(chǎn)有機(jī)整體，這對(duì)于推動(dòng)煤礦工業(yè)自動(dòng)化、信息化、智能化建設(shè)具有重要的意義。

2 以太網(wǎng)在煤礦工業(yè)中應(yīng)用的問題

2.1 接口數(shù)量不足

從以太網(wǎng)在煤礦工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用來看，因?yàn)楝F(xiàn)階段接入系統(tǒng)的數(shù)量在增長(zhǎng)，原有的非模塊工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的接口數(shù)量明顯存在不足，這就難以滿足現(xiàn)階段相應(yīng)端口的種類及數(shù)量需求[3]。所以說，在 未來的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過程中，要想辦法增加接口數(shù)量，以保證相關(guān)設(shè)備高質(zhì)量運(yùn)行。

2.2 網(wǎng)絡(luò)寬帶不足

從原系統(tǒng)所采用的寬帶來看，其已經(jīng)難以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻等大流量的數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)寬帶成為環(huán)網(wǎng)建設(shè)及應(yīng)用的瓶頸。如果不能解決寬帶問題，那么即便是成功建設(shè)了以太網(wǎng)系統(tǒng)，依然無法有效發(fā)揮作用，導(dǎo)致煤礦工業(yè)的諸多工作發(fā)展受阻。

2.3 技術(shù)功能不足

從煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)最初選用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來看，其是一種低端產(chǎn)品，尚不具備VLAN劃分功能，不可以對(duì)帶寬、流量等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控。同時(shí)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)主要用于辦公自動(dòng)化領(lǐng)域，卻難以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求?；谶@樣的原因，對(duì)以太網(wǎng)工業(yè)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化就顯得極為有必要了，其可以更好的發(fā)揮技術(shù)的作用與價(jià)值，使得相關(guān)工作朝著更好的方向推進(jìn)，優(yōu)化整體質(zhì)量效果[4]。

2.4 缺乏應(yīng)用協(xié)議

從以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的定義 來 看，僅是涉及ISO/ OSI參考模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，就算是加上TCP/IP協(xié)議，也僅僅是增加了網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層的功能，其中所包含的協(xié)議不能符合現(xiàn)代化煤礦工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信需求。

3 煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

從煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設(shè)的角度分析來看，其需要以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建統(tǒng)一的自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)信息高度共享的基礎(chǔ)上提升指揮效率與生產(chǎn)效率。

3.1 環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)

從煤礦工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境來看，由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)意外斷裂的情況，所以為了煤礦的安全生產(chǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性有了更高的要求，這就需要數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠提供鏈路冗余[5]。從以太網(wǎng)傳輸?shù)慕嵌确治鰜砜矗哂嗟墓芾砑瓤梢蕴嵘W(wǎng)絡(luò)的可用性，還能夠在鏈路斷裂后短時(shí)間內(nèi)重新啟用，從物理、邏輯等方面涉及傳輸通道、監(jiān)控主機(jī)、供電電源、容錯(cuò)服務(wù)器的冗余，有效地提升了礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 嵌入式應(yīng)用技術(shù)

從嵌入式系統(tǒng) 來看，其屬于 一種或者多種特定功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有軟件代碼小、自動(dòng)化水平高、響應(yīng)快速等優(yōu)勢(shì)，比較適用于多任務(wù)應(yīng)用環(huán)境。所以，在煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)階段，最好選擇實(shí)時(shí)性高的嵌入式操作系統(tǒng)及處理芯片，以此來確保網(wǎng)絡(luò)信息傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性[2]。

3.3 網(wǎng)管和安全技術(shù)

在煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)中，環(huán)網(wǎng)網(wǎng)管軟件屬于一種對(duì)整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃配置的工具，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有支持SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理，還能夠自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和終端設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并能夠在拓?fù)鋱D上進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整、優(yōu)化設(shè)備等操作，尤其是還有著超強(qiáng)的保密機(jī)制，具有高度的安全性。

4 煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用

4.1 結(jié)構(gòu)模式

從煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的角度來看，其結(jié)構(gòu)模式主要由管理層、控制層、設(shè)備層構(gòu)成[6]。

4.2 技術(shù)線路

從煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設(shè)的角度來看，為了有效地滿足各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞承?，普遍采用單環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，在地面、井下形成一個(gè)大的光纖環(huán)網(wǎng)并直接接入交換機(jī)來到達(dá)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。在技術(shù)線路設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮到系統(tǒng)的安全性，最好在以太環(huán)網(wǎng)與局域網(wǎng)之間設(shè)置防火墻，通過網(wǎng)絡(luò)隔離來增強(qiáng)生產(chǎn)控制網(wǎng)的安全性。而對(duì)于配置管控服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、工程師站、操作員站等自動(dòng)化子系統(tǒng)均可以通過以太網(wǎng)接口與工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)級(jí)聯(lián)，借助智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)井下各種地層設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等便利地接入主干網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)完整的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)模型

目前，科技的發(fā)展推動(dòng)煤礦工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，建設(shè)煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)已經(jīng)成為煤礦行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。從煤礦井下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建設(shè)來看，其主要采用煤礦以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式混合模式，既可以將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的總線網(wǎng)段、DCS、智能傳感器等設(shè)備通過以太網(wǎng)集成到一起，還能夠完成煤礦工業(yè)控制任務(wù)，構(gòu)建一個(gè)符合煤礦生產(chǎn)環(huán)境與防爆需求的全礦井綜合控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以此來滿足煤礦綜合自動(dòng)化、信息化建設(shè)的需求。

4.4 設(shè)備選型

從設(shè)備的選型和布置來看，由于煤礦以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)涉及多種設(shè)備，所以這就需要結(jié)合煤礦工程的而具體情況來確定設(shè)備的型號(hào)。首先，核心交換機(jī)的選擇，需要考慮路由的品牌、性能、模式，最好選擇以萬兆網(wǎng)為基礎(chǔ)的交換機(jī)，以此來保證核心交換機(jī)具備三層交換功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分層控制。其次，從礦用防爆型交換機(jī)的選擇來看，最好選擇符合井下防爆要求，還需具備兩層交換功能，以便于接入子系統(tǒng)的安全策略部署的設(shè)備。此外，在設(shè)備選型過程中還需要加強(qiáng)成本控制，如果設(shè)備成本過高，那么將會(huì)增加煤礦企業(yè)的運(yùn)維壓力，所以說在設(shè)備選型時(shí)還需要考慮成本方面的問題，要綜合多種類型的設(shè)備，從中選擇價(jià)格最低，質(zhì)量最優(yōu)的設(shè)備[7]。

4.5 應(yīng)用管理

從煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況來看，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)及管理十分的關(guān)鍵，若是后期維護(hù)工作不到位必然會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，所以這就需要定期對(duì)煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)維護(hù)管理，全面發(fā)揮高帶寬網(wǎng)絡(luò)的傳輸優(yōu)勢(shì)為煤礦的安全生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。為了保證系統(tǒng)高效應(yīng)用，減少各類突發(fā)性情況，在設(shè)備日常應(yīng)用過程中，還需要加強(qiáng)監(jiān)督管理，負(fù)責(zé)設(shè)備管理的工作人員要定時(shí)查看設(shè)備是否存在缺陷和故障，如果設(shè)備運(yùn)行存在有安全隱患，需要及時(shí)采取措施排除隱患，以保證設(shè)備高質(zhì)量的運(yùn)行。同時(shí)，要加強(qiáng)設(shè)備管理人員以及操作人員的技能培訓(xùn)，保證他們對(duì)于設(shè)備的操作方法以及故障類型、故障解決措施等均有重復(fù)的了解和認(rèn)識(shí)，否則的話設(shè)備問題難以有效解決，必將會(huì)影響設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量效果，導(dǎo)致煤礦開采的一系列工作難以高效、優(yōu)質(zhì)推行。

5 結(jié)束語

總而言之，經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展為煤礦工業(yè)的推進(jìn)創(chuàng)造了來能更好的環(huán)境及條件，尤其是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)在煤礦工業(yè)中的應(yīng)用推動(dòng)了煤礦自動(dòng)化建設(shè)的步伐，現(xiàn)階段煤礦工業(yè)信息化、自動(dòng)化發(fā)展已經(jīng)成為社會(huì)廣為關(guān)注的熱點(diǎn)話題。煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)具有操作便利、安全性高、成本低等優(yōu)勢(shì)，不僅可以在一定程度上降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能夠在提升煤礦生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上推動(dòng)煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。從現(xiàn)階段煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用現(xiàn)狀來看，還需要對(duì)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和完善，在智能化、自動(dòng)化、信息化、快捷化等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新，以此來為煤礦工業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。