煤矿综合信息自动化系统-方案建议书
第七章 网络平台设计
7.1 平台概述
1、网络拓扑结构
煤矿综合信息自动化控制系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在生产规模、系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于世界先进水平。
煤矿综合信息自动化系统网络采用三层物理网络结构，即信息管理层、综合自动化层和设备层。
网络平台拓扑结构示意图如下：
信息管理层网络系统：采用星型以太网结构，配备一台高性能第三层万兆以太网核心交换机形成骨干核心交换系统，是与集团网连接的关键交换机；配置一台汇聚交换机对各接入交换进行连接，保证各层次交换的有序性；配备接入交换机，通过划分VLAN，区分各职能部门间的网络隔离，建立安全的网络访问环境，根据需要通过核心交换系统的第三层路由交换，转发部门间信息包，同时防止广
- 17 -
煤矿综合信息自动化系统-方案建议书
播风暴及屏蔽不安全访问；与上级部门互通可通过VPN方式建立安全的连接，在核心交换机与接入路由器之间配备防火墙，实现数据过滤和内网安全保护；由核心交换机向下配备连接若干台接入交换机，供各生产部门级100M访问。
综合自动化层网络系统：由核心交换到控制层工业网采用1000M主干连接，与信息层之间配备网闸，实现控制层网络与信息层网络的有效隔离，控制层采用两个环型工业以太网结构，配备二台工业级汇聚交换机，这二台工业级汇聚交换机建立两个环型工业以太网系统，井下1000M环形以太网、地面1000M环形以太网组成，两个相对独立的环形以太网在控制汇聚交换机处实现互联互通、信息共享。控制系统的两台管控服务器、两台数据存储服务器、一台WEB服务器、一台防病毒服务器及一台控制操作员站和一台工程师站连接到汇聚交换机，用于全矿井控制信息的采集和控制指令的下传，控制系统WEB服务器透明的通过防火墙向信息层提供WEB访问服务。
设备层网络系统：设备层的数据信号和控制信号传输是基于工业以太环网网络，控制采用系统内自己中心站控制和平台可控，与第三方系统则采用通用传输协议进行互联，完成不同厂家，不同设备的互连互通。
2、光缆敷设
考虑到井下的工作环境复杂，除了高温，粉尘外还存在由大型设备发出的大量电磁干扰，普通的铜质通信电缆极易受到这些因素的影响，从而影响整个通信系统的正常运行。而且由于铜质通信电缆传输距离有限，不得不增加中继设备，相应增加了成本和发生故障的可能性。光纤系统则克服了这些缺点，采用矿用专用光缆，可获得较长的通信距离及较强的抗干扰能力，是用于井下环境的理想通信线路。
3、网络带宽
考虑目前各子系统的通讯要求基本上都是实时性、可靠性要求比较高，同时今后煤矿自动化系统业务的发展，语音、视频、其他数据业务等会逐步建立，最终确定网络带宽为千兆。
7.2 网络平台规划
1、局域网设计
目前，煤矿自动化系统已经根据不同的业务状况规划了信息管理网、调度网，综合控制环网相互间需要处于实时连接状态，网间需要进行隔离，确保安全生产。
- 18 -
煤矿综合信息自动化系统-方案建议书
2、服务器设计
业务信息公共服务平台建设内容包括安全监控、人员管理、无线通讯、瓦斯抽放系统、语音扩播、电力监控等多个系统。由于业务的复杂性、对象的多样性，必须选用高可用性的主机和服务器系统。服务器包括数据库服务器和应用服务器两部分建设。
3、数据存储设计
由于矿井IT信息服务平台涉及到煤矿安全生产的关键数据，计算机故障、人为错误、黑客和病毒等行为将威胁到数据安全，因此必须进行数据存储及安全保障，防止数据的破坏和丢失，数据存储系统建设将从系统稳定性高，技术先进，性能优良，利于管理和操作等方面进行考虑。
4、安全系统设计
搭建整个安全系统，并针对应用和信息密级对安全子系统和安全边界进行划分，对不同的安全子系统，提出相应的安全策略和措施，确保业务信息、地理信息、设备信息等在内、外网中数据的机密性和完整性。
7.3 网络选型
目前，在控制层应用的网络结构主要有现场总线和工业以太网。现场总线是目前过程控制层中控制网络采用的主要技术，在过程控制层在用户有综合自动化需求的早期操作执行层（设备层）的网络主要采用现场总线，随着计算机网络技术的发展以太网逐渐在综合自动化控制系统中应用。
现场总线是在工业现场运行的、性能可靠的、造价低廉的通讯系统，能完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，是目前自动化控制领域普遍采用的技术，随着用户对信息应用要求的不断提高，避免自动化系统成为“信息孤岛”，在商用计算机网络的技术、性能不能完全满足工业自动化要求的情况下，系统集成商普遍采用现场总线来完成信息的集成，但现场总线的多种技术标准并存、通讯协议间兼容性差、总线速率较低，使其在异构条件下建立应用网络比较困难。
当今信息技术飞速发展，企业迫切需要生产与管理间的无缝信息集成。目前现代以太网标准，如交换、全双工传输、实时数据的优先级、带宽由10Mb/s到100Mb/s乃至1000Mb/s的升级，很好地解决了以太网存在的不确定性和实时性欠佳的问题，使生产监控信息在以太网中实时、安全、可靠的传输成为可能。此
- 19 -
煤矿综合信息自动化系统-方案建议书
外，以太网所采用的IEEE802.3数据传输协议是一个开放的标准，已被自动化设备厂商和集成商广泛接受。
工业以太网有以下特点：
1、以太网是当今最流行应用最广泛的通讯网络，目前国际上著名的自动化产品供应商均推出了基于工业以太网的技术和产品。
2、易于与Internet、Intranet连接，可降低系统开发难度。 3、以太网克服了现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊病。 4、以太网技术的发展为通讯响应“确定性”提供了技术保障。
因此，本设计采用工业以太环网作为操作执行层（设备层）的网络平台。
7.4 网络安全设计
网络安全是信息网络建设的重要组成部分，随着网络应用的日益深入，企业网面临着多重风险，选择合理的防控措施，降低、减免网络危害是企业网（特别是生产网络）面临的任务。
由于风险和网络危害的活跃特性，任何安全设施和保护系统均需要完善的安全管理机制来保障，因此，建立矿井网络登陆和应用规则是控制网络危害的重要一环。除遵从国家、行业颁布的网络应用安全条例外，企业也必须建立自身的网络管理、应用的制度以保障矿井安全生产、调度指挥的可靠性，避免重大信息网络事故的发生。
7.5 井下环网平台设计
“建设本质安全型矿井实现煤矿安全生产”是当今煤矿建设的主题，本质安全型矿井，不仅仅是矿井人员安全意识的培训、规范安全作业等，更重要的是矿井建立健全科技管理机构和科研激励机制，实施“科技兴安”战略，积极开发、引进、推广、应用高新技术，以优化生产要素、创造“本质安全型环境”为目的，依靠科技进步，与煤炭科研单位开展合作和交流，广泛开展群众性技术革新活动。 1、安全性要求
煤矿综合信息自动化网络系统以及办公信息管理网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时应充分考虑煤矿综合信息自动化控制系统和办公信息系统网络建设的现状。
- 20 -
煤矿综合信息自动化系统-方案建议书
建设井下环网平台，采用标准的TCP/IP协议和工业级以太网技术加以实现，实现将井上和井下区域控制器和综合监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统，井下环网平台也称作为控制网平台。
半个世纪以来，见证我行业的同胞用生命和鲜血换来的教训也让长期从事煤矿工作的设备研究与开发常州自动化所职工牢记“一切以安全为重”、“安全责任重于天”的煤矿安全思想，从开发到生产以及质量检验整个流程都围绕着“安全”二字去做好产品。在经验和实践应用中得出，在全煤矿自动化整个系统安全应从以下几个方面进行分析：
? ? 接入子系统与整个系统之间安全问题 ? ? 信息网和工业控制网之间的安全隔离 ? ? 信息网络安全问题
煤矿安全生产监控系统新标准也明确提出可以采用环行通信装置作为传输通道，要严格遵守煤矿安全规程，满足煤矿产品的电器性能要求。
煤矿安全规程规定，井下设备具备防爆或本质安全性质，对于通信装置必须具备本质安全特性。高瓦斯矿井对产品要求应该更加严格。系统的本质安全特性，取决于系统中单个设备本质安全特性；系统中的设备之间特性是否配备；系统间的设备之间输入/输出口是否隔离；系统中产品的是否通过联调检验。这些都是对系统安全的基本依据。
在综合自动化控制系统，所有子系统都采用环网做为信息传输主通道，在每个接入子系统安全问题将决定整个系统的安全性，在这个传输信道中保证各个子系统安全的独立性，那么将在接入整个大的系统——即综合自动化控制系统，应该将接入器（即环网交换机）端口进行有效的隔离，让单个系统的不安全、不稳定不能影响整个系统的安全与稳定，最终完成整个系统的安全性，以致达到提高整个系统的速率与抗干扰性。
由于煤矿技术在不断的更新，系统的传输不再采用传统的总线方式，考虑到煤矿的特殊性，在近两年来井下子系统不能完全摆脱总线传输方式，在信息通道建立我们也采用工业以太环网做依托，多种总线并存，形成工业以太环网+现场总线的综合自动化控制系统传输架构，至于它的优点，就不再叙述。
- 21 -