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【摘 要】 梁家煤矿井下工业环网建设距今已有八年，不论是从设备还是网络链路上都应该进行一次大规模的优化改造工程。设备方面的老化，接口不足以及不适应新的网络协议等等问题都会成为企业的烦恼。随着矿井信息化、自动化水平的不断提升，现有的网络已不能满足应用的需求，本次工业环网改造的最终目标为：（1）完成梁家煤矿现有工业环网（百兆）向千兆工业部环网的平滑过渡，为现有及将来的接入系统创造最好的运行环境。（2）新建以太网络的所有交换机均可实现光接口、RJ45接口、RS-485/232等多种接口，可按需要任意选择。（3）保留原有网络设备和光纤链路，在确保矿方正常业务使用的前提下减少投资。（4）充分考虑网络的冗余与可靠性，保证网络在运行中出现故障时能够快速地得到恢复而不影响企业的生产，从而避免企业的经济流失。
【关键词】 网络架构；千兆带宽；网络冗余；系统扩展
一、研究背景
梁家煤矿井下工业环网建设距今已有八年，不论是从设备还是网络链路上都应该进行一次大规模的优化改造工程。设备方面的老化，接口不足以及不适应新的网络协议等等问题都会成为企业的烦恼。随着矿井信息化、自动化水平的不断提升，现有的网络已不能满足应用的需求，主要表现在以下几个方面：
（1）接口数量不足。随着接入系统數量的不断增加，原非模块化的工业环网交换机已无法提供相应端口的种类及数量。不同系统上马，对接口要求越来越多，也越来越高，原有模块接口已经不能满足新系统的需要。
（2）网络带宽不足。原系统带宽为100M，不能满足实时视频等大流量的数据传输，使网络带宽成为环网应用和扩展的瓶颈。很多新上系统，由于带宽限制，造成数据交流不畅，系统卡顿，造成通讯中断。
（3）技术功能不足。原网络交换机采用入门级、低端型产品，不具备VLAN划分功能；对带宽、流量不能实施有效的监控；不具备光纤接入接口；不完全具备网管功能。需要新建以太网络的所有交换机实现光接口、RJ45接口、RS-485/232等多种接口，可按需要任意选择。网络设备选用高性能、高可靠性、高带宽、便于管理维护的工业以太网交换机。
本次工业环网改造的最终目标为：
（1）完成梁家煤矿现有工业环网（百兆）向千兆工业部环网的平滑过渡，为现有及将来的接入系统创造最好的运行环境。
（2）新建以太网络的所有交换机均可实现光接口、RJ45接口、RS-485/232等多种接口，可按需要任意选择。网络设备选用高性能、高可靠性、高带宽、便于管理维护的工业以太网交换机，其中井下网络设备严格要求带有煤安（MA）认证，即选用隔爆兼本安型的网络设备。
（3）充分考虑网络的冗余与可靠性，保证网络在运行中出现故障时能够快速地得到恢复而不影响企业的生产，从而避免企业的经济流失。
（4）随着企业规模的不断扩大和业务的增长，网络建设要充分考虑到今后的扩展和升级。
二、系统设计
2.1系统总体结构拓扑
根据梁家煤矿的实际情况，以及建立数字化矿山、使用统一网络平台、采用开放协议、便于诊断维护等基本需求，综合自动化网络平台采用moxa工业以太网环网结构，同时各环网间采用moxa的千兆TurboRing技术建立单环单节点冗余环网结构。系统总体结构拓扑图如右图2-1所示：
在中心机房及主井机房各安置一台千兆工业交换机，用于接入井上的自动化系统。在井下原有安装交换机的六个场所（中央变电所、卸载站变电所、煤2二采变电所、四采变电所、煤4六采变电所、-313变电所），各设置一台千兆交换机，并进行光纤熔接，形成新的以太环网。交换机将采用二层工业级千兆交换机，具体选型将在后面章节描述。
单环单节点冗余环网，系统支持光纤冗余环网工作模式，当网络中出现单点故障时，TurboRing技术可迅速改变网络数据传输方向，故障不影响整个系统性能，保证网络通讯继续进行，此重构时间不大于300ms。
2.2系统选型原则
随着自动化技术的不断发展，工业以太网在自动化系统中扮演着越来越重要的角色。工业以太网交换机作为构建系统网络的核心硬件设备，决定了煤矿自动化网络对连接设备所提供的服务性能水平。因此选择一款适合矿方现场需求环境的工业以太网产品成为构建高效、可靠的自动化网络的关键。基于以下几项原则我们对设备进行选型设计：
（1）兼容性与规范性
选用的工业以太网交换机以及其他工业以太网的组件均采用标准的TCP/IP协议进行通讯，确保在任何情况下工业以太网设备与商用以太网设备间不存在不兼容的问题。网络体系结构设计时考虑到符合国际标准和工业标准，所选定的网络设备均为当前业界领先的厂商产品，能够达到适应多厂商、多协议、互操作性的要求，使网络既能适应发展的潮流，又能最大限度地保护已有的网络投资。
（2）实时性和可靠性
具有高速、可靠的多种服务，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，具有冗余能力。能适应煤矿井下恶劣环境。在提供可靠连接的基础上，工业以太网设备良好的实时性同样重要。网络设备端口延时不超过10微秒，从而达到这个自动化控制系统响应时间不超过10毫秒。
（3）高效管理和安全性
建成的网络，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。井下设备严格要求具有MA认证。
（4）高性能和可扩展性
采用模块化交换机，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，从而保证整个网络的高性能和可扩展性。
（5）先进性和最优性价比
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。在采用先进技术的同时，尽量降低系统造价，提高系统性价比。
2.3工业以太环网交换机
梁家煤矿扩建系统是一个覆盖地面、井下的千兆环网，此结构利用交换机特有的工业冗余环网结构的优点，当通讯链路发生故障时能够瞬间内完成链路通信的恢复。
为保证井下环网安装后正常运行，需在梁家煤矿矿井上主、副井和矿井下中央变电所、卸载站变电所、二采下部变电所、四采变电所、煤4六采变电所、-313变电所八个地方进行光缆熔接。
2.4网络管理软件
由于煤矿行业的特殊性，大量设备被安装在井下环境，会给我们对于设备的管理和诊断带来了不小的困难，所以如何建立一个可以统一管理的工业以太网系统，且方便与控制设备进行统一集成与诊断，这样对于在今后的维护工作中分清责任减少设备供应商间的协调难度都有着积极作用，选择一款合适的网管软件至关重要。MXview网管软件是专为Moxa的网络解决方案所设计的工业级网络管理软件，其具有以下特点：
（1）支持历史网络事件回放功能
（2）自动侦测网络设备并自动进行物理连接
除了可以对整个网络进行一个整体的查看，同时也可对详细网络事件内容进行查看，方便管理员管理网络设备，总结设备故障信息等工作。
作者简介：
1、林治峰，男，汉族，山东龙口人，山东能源龙口矿业集团梁家煤矿助工，学士。
2、李广永，男，汉族，山东龙口人，山东能源龙口矿业集团梁家煤矿助工。
【关键词】 网络架构；千兆带宽；网络冗余；系统扩展
一、研究背景
梁家煤矿井下工业环网建设距今已有八年，不论是从设备还是网络链路上都应该进行一次大规模的优化改造工程。设备方面的老化，接口不足以及不适应新的网络协议等等问题都会成为企业的烦恼。随着矿井信息化、自动化水平的不断提升，现有的网络已不能满足应用的需求，主要表现在以下几个方面：
（1）接口数量不足。随着接入系统數量的不断增加，原非模块化的工业环网交换机已无法提供相应端口的种类及数量。不同系统上马，对接口要求越来越多，也越来越高，原有模块接口已经不能满足新系统的需要。
（2）网络带宽不足。原系统带宽为100M，不能满足实时视频等大流量的数据传输，使网络带宽成为环网应用和扩展的瓶颈。很多新上系统，由于带宽限制，造成数据交流不畅，系统卡顿，造成通讯中断。
（3）技术功能不足。原网络交换机采用入门级、低端型产品，不具备VLAN划分功能；对带宽、流量不能实施有效的监控；不具备光纤接入接口；不完全具备网管功能。需要新建以太网络的所有交换机实现光接口、RJ45接口、RS-485/232等多种接口，可按需要任意选择。网络设备选用高性能、高可靠性、高带宽、便于管理维护的工业以太网交换机。
本次工业环网改造的最终目标为：
（1）完成梁家煤矿现有工业环网（百兆）向千兆工业部环网的平滑过渡，为现有及将来的接入系统创造最好的运行环境。
（2）新建以太网络的所有交换机均可实现光接口、RJ45接口、RS-485/232等多种接口，可按需要任意选择。网络设备选用高性能、高可靠性、高带宽、便于管理维护的工业以太网交换机，其中井下网络设备严格要求带有煤安（MA）认证，即选用隔爆兼本安型的网络设备。
（3）充分考虑网络的冗余与可靠性，保证网络在运行中出现故障时能够快速地得到恢复而不影响企业的生产，从而避免企业的经济流失。
（4）随着企业规模的不断扩大和业务的增长，网络建设要充分考虑到今后的扩展和升级。
二、系统设计
2.1系统总体结构拓扑
根据梁家煤矿的实际情况，以及建立数字化矿山、使用统一网络平台、采用开放协议、便于诊断维护等基本需求，综合自动化网络平台采用moxa工业以太网环网结构，同时各环网间采用moxa的千兆TurboRing技术建立单环单节点冗余环网结构。系统总体结构拓扑图如右图2-1所示：
在中心机房及主井机房各安置一台千兆工业交换机，用于接入井上的自动化系统。在井下原有安装交换机的六个场所（中央变电所、卸载站变电所、煤2二采变电所、四采变电所、煤4六采变电所、-313变电所），各设置一台千兆交换机，并进行光纤熔接，形成新的以太环网。交换机将采用二层工业级千兆交换机，具体选型将在后面章节描述。
单环单节点冗余环网，系统支持光纤冗余环网工作模式，当网络中出现单点故障时，TurboRing技术可迅速改变网络数据传输方向，故障不影响整个系统性能，保证网络通讯继续进行，此重构时间不大于300ms。
2.2系统选型原则
随着自动化技术的不断发展，工业以太网在自动化系统中扮演着越来越重要的角色。工业以太网交换机作为构建系统网络的核心硬件设备，决定了煤矿自动化网络对连接设备所提供的服务性能水平。因此选择一款适合矿方现场需求环境的工业以太网产品成为构建高效、可靠的自动化网络的关键。基于以下几项原则我们对设备进行选型设计：
（1）兼容性与规范性
选用的工业以太网交换机以及其他工业以太网的组件均采用标准的TCP/IP协议进行通讯，确保在任何情况下工业以太网设备与商用以太网设备间不存在不兼容的问题。网络体系结构设计时考虑到符合国际标准和工业标准，所选定的网络设备均为当前业界领先的厂商产品，能够达到适应多厂商、多协议、互操作性的要求，使网络既能适应发展的潮流，又能最大限度地保护已有的网络投资。
（2）实时性和可靠性
具有高速、可靠的多种服务，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，具有冗余能力。能适应煤矿井下恶劣环境。在提供可靠连接的基础上，工业以太网设备良好的实时性同样重要。网络设备端口延时不超过10微秒，从而达到这个自动化控制系统响应时间不超过10毫秒。
（3）高效管理和安全性
建成的网络，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。井下设备严格要求具有MA认证。
（4）高性能和可扩展性
采用模块化交换机，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，从而保证整个网络的高性能和可扩展性。
（5）先进性和最优性价比
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。在采用先进技术的同时，尽量降低系统造价，提高系统性价比。
2.3工业以太环网交换机
梁家煤矿扩建系统是一个覆盖地面、井下的千兆环网，此结构利用交换机特有的工业冗余环网结构的优点，当通讯链路发生故障时能够瞬间内完成链路通信的恢复。
为保证井下环网安装后正常运行，需在梁家煤矿矿井上主、副井和矿井下中央变电所、卸载站变电所、二采下部变电所、四采变电所、煤4六采变电所、-313变电所八个地方进行光缆熔接。
2.4网络管理软件
由于煤矿行业的特殊性，大量设备被安装在井下环境，会给我们对于设备的管理和诊断带来了不小的困难，所以如何建立一个可以统一管理的工业以太网系统，且方便与控制设备进行统一集成与诊断，这样对于在今后的维护工作中分清责任减少设备供应商间的协调难度都有着积极作用，选择一款合适的网管软件至关重要。MXview网管软件是专为Moxa的网络解决方案所设计的工业级网络管理软件，其具有以下特点：
（1）支持历史网络事件回放功能
（2）自动侦测网络设备并自动进行物理连接
除了可以对整个网络进行一个整体的查看，同时也可对详细网络事件内容进行查看，方便管理员管理网络设备，总结设备故障信息等工作。
作者简介：
1、林治峰，男，汉族，山东龙口人，山东能源龙口矿业集团梁家煤矿助工，学士。
2、李广永，男，汉族，山东龙口人，山东能源龙口矿业集团梁家煤矿助工。