基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦綜合信息化平臺構(gòu)建技術(shù)研究

（山西省潞安化工集團古城煤礦 山西 046100）

以太環(huán)網(wǎng)與常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)形式有所不同，其在信息系統(tǒng)中的應(yīng)用具有更強的自愈能力、更高的安全性與可靠性，優(yōu)勢非常突出。在煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展過程中，各個煤礦企業(yè)都致力于綜合信息化平臺的構(gòu)建，由于傳統(tǒng)的技術(shù)存在著很大的局限性，在綜合信息化平臺構(gòu)建方面的應(yīng)用效果并不理想，正是由于以太環(huán)網(wǎng)的優(yōu)勢，使得在各個煤礦綜合信息化平臺的構(gòu)建過程中，越來越傾向于采用這一概念，在此基礎(chǔ)上形成的綜合信息化平臺可以有效提升系統(tǒng)的集成能力，推進整個煤礦行業(yè)的進步。

1.工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基本概述

煤礦企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模龐大，在當前的煤礦企業(yè)，為適應(yīng)信息化的發(fā)展趨勢，各個煤礦企業(yè)都在積極構(gòu)建生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)包含了各種不同類型的設(shè)備和子系統(tǒng)，如果要實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)各個要素的科學管理，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，就需要選擇一個開放的通信平臺，來將系統(tǒng)中的全部設(shè)備、子系統(tǒng)的通信統(tǒng)一集成到標準的通信平臺內(nèi)[1]。但是，傳統(tǒng)的通信標準常常存在兼容性和可擴展性不足的情況，為改善這一情況，大部分煤礦企業(yè)都在積極采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)TCP/IP技術(shù)作為通信標準，其他的總體結(jié)構(gòu)方式如RS485、CAN、RS232等均作為總線端口轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)信息包，保障了信息通信的傳輸性和便捷性。工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)具有以下的優(yōu)勢：

（1）寬帶傳輸網(wǎng)解決了傳統(tǒng)總線下的技術(shù)難題，系統(tǒng)中的節(jié)點容量大大增加，系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性與可靠性；

（2）同一平臺上可以運行多種傳輸協(xié)議，也就可以在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中，構(gòu)建完善的公共網(wǎng)絡(luò)平臺和基礎(chǔ)構(gòu)架；

（3）數(shù)據(jù)傳輸效率相對較高；

（4）支持先進的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)的檢測速率相對較高，通信傳輸?shù)膶崟r性相對較高；

（5）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的交互式和開放性相對突出。

2.綜合信息化網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)

(1)綜合網(wǎng)絡(luò)總體方案

由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，在綜合信息化平臺構(gòu)建的過程中，總體上要將煤礦全礦井信息化系統(tǒng)設(shè)計為信息層網(wǎng)絡(luò)和控制層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。地面綜合調(diào)度中心的建立過程中，所設(shè)計的管理以太網(wǎng)為監(jiān)測和控制，其中，還包含了獨立的網(wǎng)關(guān)和防火墻設(shè)計，通過這些設(shè)計，可以使得經(jīng)由以太網(wǎng)向煤礦有關(guān)部門提供全部的礦井生產(chǎn)信息，在該系統(tǒng)設(shè)計投入使用以后，支持遠程訪問[2]。從綜合控制系統(tǒng)的構(gòu)成來看，以井上部分和井下部分為主，以某煤礦企業(yè)為例，其使用的是1000M工業(yè)光纖以太環(huán)網(wǎng)，將其作為全礦主干網(wǎng)，通過工業(yè)級交換機的配置，使得在整個控制系統(tǒng)內(nèi)，可以為各個子系統(tǒng)提供相應(yīng)的工業(yè)以太網(wǎng)接口，使得煤礦地面、井下子系統(tǒng)的接入更為便捷和高效。

煤礦主干網(wǎng)采用1000M工業(yè)光纖以太網(wǎng)，設(shè)計為環(huán)型結(jié)構(gòu)，結(jié)合平臺建設(shè)的具體要求和標準，選用型號、規(guī)格符合標準的交換機，以此來保障系統(tǒng)配置，提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，使得在系統(tǒng)投入使用以后，即使光纖存在一點斷開現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)也可以保持正常，并快速診斷出系統(tǒng)故障。

系統(tǒng)服務(wù)器的設(shè)計方面，要盡量將其設(shè)計為冗余結(jié)構(gòu)，使得在該結(jié)構(gòu)體系下，服務(wù)器可以實現(xiàn)對信息的采集、分析與管理，并及時將采集和處理后的信息傳送給各個操作員站，各個操作員站對全礦子系統(tǒng)的控制信息也可以直接經(jīng)由服務(wù)器、工業(yè)以太網(wǎng)節(jié)點來時發(fā)送，且服務(wù)器中的信息保留時間非常長[3]。本研究中的全礦井綜合自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，主干網(wǎng)絡(luò)采用的是光纖以太環(huán)網(wǎng)傳輸，傳輸效率非常高，在該系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)都可以直接經(jīng)由相應(yīng)的節(jié)點連接到該系統(tǒng)憑條中。由于系統(tǒng)的集成作用，在系統(tǒng)運行的過程中，就可以有效對各個子系統(tǒng)進行控制，實時監(jiān)測各個子系統(tǒng)中設(shè)備設(shè)施的運行情況，監(jiān)測控制的過程也就是信息采集、分析的過程。在系統(tǒng)往上，可以直接連接企業(yè)的資源管理系統(tǒng)，有效保障了生產(chǎn)、管理信息交換的便捷性。

(2)系統(tǒng)架構(gòu)

在煤礦綜合化信息化平臺建設(shè)的過程中，如果要提升信息系統(tǒng)的整體水平，在設(shè)計時要堅持控制和管理的一體化理念，將整個系統(tǒng)劃分為底層自動化控制系統(tǒng)和上層信息系統(tǒng)，保障控制和管理的靈活性。在系統(tǒng)設(shè)計時，要綜合利用計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信等多種技術(shù)，并借助于先進的工業(yè)控制軟件和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、自動化產(chǎn)品、數(shù)據(jù)庫軟件，來保障系統(tǒng)功能的全面性和性能的先進性[4]。當系統(tǒng)設(shè)計結(jié)束以后，就可以使得煤礦生產(chǎn)中的安全、電、水、風、運輸、掘進等多個要素和流程都實現(xiàn)信息化，將管理、生產(chǎn)的全部集成到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺中。

①網(wǎng)絡(luò)平臺配置的特點

網(wǎng)絡(luò)平臺配置的特點體現(xiàn)在以下方面：

A.較高的可靠性，由于為獨立工業(yè)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以太環(huán)網(wǎng)的自愈時間非常短，在30ms以內(nèi)，核心交換機完全可以實現(xiàn)冗余熱備份。

B.安全性較好，在整個系統(tǒng)中，工業(yè)環(huán)網(wǎng)、企業(yè)管理環(huán)網(wǎng)和外網(wǎng)連接過程中，都采用了防火墻隔離設(shè)計。

C.接入靈活且便捷，在該環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，可以支持多種接口。

D.軟件接口協(xié)議的兼容性較強，完全可以滿足各種的接入和連接需求。

②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，需遵循各種的技術(shù)標準：

A.在信息化平臺和系統(tǒng)中采用的是1000M工業(yè)以太網(wǎng)，有效克服了傳統(tǒng)技術(shù)下可能存在的技術(shù)限制，需使得在整個系統(tǒng)中要素相對完整，包含網(wǎng)絡(luò)通信接口設(shè)備、信息傳輸介質(zhì)、現(xiàn)場分站和地面控制中心；

B.環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)要充分應(yīng)用于其中并發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢；

C.異構(gòu)系統(tǒng)之間也需要保持互聯(lián)互通，在整體系統(tǒng)的設(shè)計過程中，必須要在網(wǎng)絡(luò)級和串口級提供多種的接口方式，以為各個子系統(tǒng)的接入提供便捷，通過有效接入來實現(xiàn)整個系統(tǒng)中的信息共享和集成；

D.接口預(yù)留要符合要求，環(huán)網(wǎng)建設(shè)的過程中，要充分考慮到煤礦企業(yè)未來信息化的發(fā)展方向，通過接口預(yù)留來提高系統(tǒng)的可擴展性；

E.實時的數(shù)據(jù)采集和集成；

F.規(guī)范標準的數(shù)據(jù)庫建設(shè)[5]。

(3)軟件平臺功能

當該煤礦綜合信息化平臺建成以后，需具備多方面的功能：信息共享和實時監(jiān)測；遠程啟動、停止等控制功能；Web瀏覽；數(shù)據(jù)分級管理；實時報警和故障記錄、分析；擴展功能等。

3.核心交換機

由于煤礦行業(yè)屬于高危險性、規(guī)模較大的生產(chǎn)行業(yè)，如果在綜合信息化平臺的建設(shè)過程中，采用的是普通交換機，由于其性能和功能相對有限，往往難以達到當前煤礦行業(yè)信息化的發(fā)展要求，比如，普通交換機在抗干擾性、電磁兼容性和可靠性等方面，都存在著一定的缺陷，且在應(yīng)用的過程中，無法形成高速冗余環(huán)連接方式，使用年限也相對較短，因此，在煤礦綜合信息化平臺建設(shè)的過程中，一般要使用工業(yè)級的以太網(wǎng)交換機，配置千兆以太網(wǎng)光口。其特點體現(xiàn)在：為萬兆級帶寬，可以達到承上啟下的要求，在信息傳輸?shù)倪^程中，幾乎不存在任何的瓶頸和技術(shù)難題；可以建立多環(huán)，在環(huán)數(shù)倍數(shù)增加的過程中，系統(tǒng)帶寬也隨著增多，也就可以為后續(xù)的擴容和兼容性提升提供便捷，可以通過環(huán)網(wǎng)冗余、環(huán)間耦合等各種設(shè)計方式，來提高系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性。在交換機的網(wǎng)絡(luò)管理方面，由于不同的交換機存在性能、功能等方面的差異性，在管理的過程中，要嚴格根據(jù)交換機的特殊性，來選擇有效的管理方式，最大程度上使得核心交換機可以在煤礦綜合信息化平臺中發(fā)揮其重要作用，及時通過網(wǎng)絡(luò)管理來識別和發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中潛在的安全隱患并加以排除。

4.結(jié)語

近年來，隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴大，再加上煤礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，各個煤礦企業(yè)都在積極探索新的發(fā)展路徑，綜合信息化平臺建設(shè)成為了煤礦企業(yè)中的核心內(nèi)容，只有做好了這一方面的工作，才能夠推進煤礦生產(chǎn)、管理和控制的信息化，提升煤礦發(fā)展水平。