基于工业环网在煤矿业的应用

2012-09-21任宏

中国科技信息 2012年19期

关键词：以太环网网络设备

任宏

山西省介休市汾西矿业（集团）有限责任公司信息中心 032000

基于工业环网在煤矿业的应用

任宏

山西省介休市汾西矿业（集团）有限责任公司信息中心 032000

近年来，建立完整的煤矿大型设备实时监测系统，逐步整合煤矿安全生产中各类信息成为趋势, 其中一种方法就是利用现有网络技术建立信息传输,为煤矿安全生产中各子系统的整合提供方便、快捷、安全的“高速公路”, 即工业以太环网。

应用; 工业以太环网; 系统接入

1 工业以太环网建设的必要性及要求

简言之工业以太环网是将以太网技术应用于工业控制和管理的局域网技术,通过网络交换支持对光纤环路的自动检测，当环网网络上设备故障或一个方向光缆断传时, 能迅速切换到备用链路, 保证数据信息的可靠传输。

根据矿井安全生产实际需求, 工业以太环网建设完成后能够对全矿井各生产环节的生产工况信息和视频信息在一个统一的网络平台运行，能够使不同功能的应用系统联系起来。同时, 能够对全矿井安全生产的主要环节设备进行实时监测和必要的控制, 实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、集中化, 为企业信息化的应用和发展奠定基础。

2 工业以太环网拓扑结构

我矿采用三层网络结构，整个环网平台分别在地面、井下各布置一个千兆工业以太环网，地面环网和井下环网通过核心交换机的接为互为备份的整体。使得环网通信的故障切换时间得以保证。环网传输介质采用室外单模光缆，地面采用24芯单模通信光缆，井下采用24芯阻燃单模通信光缆。

在调度指挥中心机房配置2台支持三层动态路由功能的核心交换机。地面环网接入交换机、井下防爆交换机分别与核心交换机连接。

平台由以下设备组成：2台核心交换机、2台采集服务器、1台数据服务器、1台WEB服务器、1台应用服务器、1台工程师站、10台客户端、1台防火墙、1台网闸、1台UPS电源、1台打印机、服务器机柜、网络机柜及各子系统上位机等设备。

采集服务器、数据服务器、各子系统上位机、工程师站、操作员站、客户端等设备均直接接入调度指挥中心的2台核心交换机上。井下各监控设备就近接入环网交换机。

全网建成后的性能可以保证达到以下水平：全网交换机连接基于单模光纤传输；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。拓扑图如图1所示。

图1 结构拓扑图

3 地面环网交换机设计

地面环网接入交换机布置于副斜井绞车房、副立井绞车房；地面环网交换机布置于二采通风机房、主斜井皮带监控室、压风机房、新建6KV变电所、洗煤厂、地磅房、动筛车间；由于地理环境限制矸石山6KV变电所、旧瓦斯抽放泵房、独胡峁通风机房、独胡峁瓦斯抽放泵房环网交换机独立于地面工业以太环网的分支交换机。副立井绞车房环网接入交换机将采用MS4128-L2P环网交换机与监控中心核心交换机耦合，其他地面环网交换机采用RS30-0802O6O6SDAEHC。地面共设置2台地面环网接入交换机，12台地面环网交换机。

4 井下环网交换机设计

井下环网交换机布置于集中皮带变电所、三采一段变电所、三采二段变电所、三采三段变电所、三采4＃二段变电所、三采4＃一段变电所、中央水泵房、中央变电所、二采4＃一段变电所。

5 网络平台安全性设计

网络安全问题一般分为三类：第一类是网络入侵，包括外部网络上和内部网络上的入侵，需要利用网络安全设备进行控制，第二类是操作者不当行为，需要通过制定管理制度进行解决。第三类是由于网络规划不合理或网络设备自身引起的网络安全问题，解决这类问题，网络设计中需要考虑网络设备安全、物理线路及TCP/IP的安全性下面就这几个问题进行分析。

5.1 网络设备可靠性

煤矿行业的特点决定整个系统的各个设备必须适应恶劣的工作环境，井下设备考虑到高温，粉尘、防爆的要求。核心交换设备实现数据的热备与负载均衡，冗余可靠；井下设备选用国际知名品牌；为数据采集配备数据采集服务器、为数据库配备数据库服务器、为数据库数据可靠性配备了海量数据存储系统。

5.2 物理线路可靠性

考虑到井下除了高温、粉尘外还存在大型设备发出的大量电磁干扰，我矿地面采用24芯单模通信光缆，井下采用24芯阻燃单模通信光缆，可获得较长的通信距离及较强的抗干扰能力。

5.3 网络层的安全

网络层安全系统设计主要是要保证应用系统的数据在不同的路由设备和网段之间可靠的传递，以及控制内部网络各VLAN的访问。为了网络层的安全性，核心交换机应能从以下几个方面给予保障：

1）对于使用网络设备用户可以设置不同的用户权限，如“系统管理员”和“管理员”两种访问权限。系统管理员访问权限则允许用户对交换机配置进行修改，管理员访问权限允许用户在交换机上查询某些信息但无法对交换机进行配置。

2）通过对网络设备的配置，使得只能由某个IP地址的网管工作站对网络设备进行网络管理和读写操作。

3）网管人员可为一个端口分配一个单一MAC地址或一组MAC地址，防止未经授权的用户插入到开放的RJ45口，为帮助网络防范拒绝服务性持的攻击，网络交换机应可禁止转发ICMP Ping消息，可启用对ICMP和TCP SYN包执行速度限制。

6 环网交换机选型说明

1）成熟性和可靠性

提供高速、可靠地多种服务，提供高速、高效的数据传输方式，具有较高的网络集成管理与控制能力，保障可靠传输，具有多路径迂回和主机备份能力。

2）先进性

为保证系统能够适应未来的网络发展，通信系统中的硬件、软件及网络协议都应采用与国际标准兼容的开放协议，具有较长的生命周期。

建成的网络，要求具有先进、经济、高效、可靠和网络管理技术，能够全面实施网络监控，支持整个网络，包括网络设备全方位的监视和管理，并支持VLAN技术，保障信息安全和网内安全等级的划分需要。

3）高性能可扩展

支持高速以太网络技术，支持网络的再扩展，使网络方便地可扩展容量，增加最新网络技术，保证整个网络和高性能和先进性。

总之环网交换机必须采用RSTP（快速生成树）、STP（生成树）技术。由于生成树技术需要所有交换机必须根据相应的计算方式寻找逻辑树。故采用快速生成树的计算方式，一般需要几秒到几十秒。同时在计算机生成树的过程各链路处于完全断开状态。根据这些因素，选择全世界顶级工业级环网交换机德国赫思曼交换机。该交换机在网络切换中数据延迟小于300ms。同时赫思曼工业以太环网交换机的端口转发延迟较其它品牌交换机要低，只有30us左右。通过了欧洲“劳斯”认证的工业以太网产品制造商，它的产品能在磁场干扰，环境高温以及机械方面的恶劣环境下正常工作。在冗余及高可靠性方面，赫思曼交换机相对于其他品牌的产品具有极大的领先优势。

赫斯曼产品特点：有工业级核心交换机，可以建立多环，系统带宽随环数倍数增加，方便扩容支持环网冗余、环间耦合、环相切等独特功能来保证其可靠性。

因此，以太环网平台环网交换机选型如下：

监控中心核心交换机选用：MACH4002-48G-L3P；地面环网接入交换机选用：MS4128-L2P；地面环网交换机RS30-0802O6O6SDAEHC；井下环网交换机选用：KJJ137防爆交换机（配备MS4128-L2P模块）。