第04章矿井网络设计分解.doc

第四章 矿井网络设计 本矿井综合信息自动化系统图见图4-1，其网络设计分为两部分： 1、建立覆盖井上、井下主要生产环节的工业控制网络； 2、建立覆盖整个矿井的计算机管理网络，连接公司，以Gigabit Ethernet（千兆以太网）为主干网络，桌面工作站以百兆接入的工业以太网。 第一节 工业控制网络系统设计 一、设计目标 为使安全、高效地生产，保证设备的正常运行，需要建立一套多层次、多功能，利用现代控制技术、计算机技术、网络技术、通信技术和图形显示技术，将煤矿生产的过程控制与企业管理有机结合的多级分布式综合自动化系统网络。 本矿工业网络系统采用千兆工业以太网，按生产关系和地理位置构成逻辑环型网络结构，将各子系统的主机作为工业以太环网的一个节点，把各现场子系统整合于基于Ethernet/IP的工业以太网中。通过OPC、DDE、数据库共享、FTP文件上传等软件接口完成各子系统的信息整合，达到在地面对全矿生产及相关环节的集中监控，实现矿井的管控一体化。 本矿工业网络系统为实时监控网络结构，具备有完善的生产监控管理功能，对全矿各主要生产环节及相关的辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示，对主运输带式输送机系统、变电所和通风机等设备进行集中监控，同时配合工业电视系统进行安全图像监视，以确保人员及设备的安全，全面提高矿井的经济效益和社会效益。 二、网络技术选择 1、网络技术的比较 作为现代工业控制网络的技术方案主要有：工业以太网与现场总线。矿井综合自动化网络平台设计可采用工业以太网与现场总线两种方案，具体比较详见表。 工业以太网方案与现场总线方案性能比较 序号 比较内容 工业以太网方案 现场总线方案 1 协议标准 统一且开放的TCP/IP通信协议，便于集成多厂家设备 通信协议有很多种，集成多个厂家设备困难 2 与管理网连接 相同的以太网协议，便于连接 协议不同，需协议转换 3 带宽 提供10M、100M、1000M多种选择 网络速率慢，一般只有几十K 4 可维护性 便于维护 需要较强的技术能力 5 组网方式 可组成多种拓扑结构 只有总线式一种 6 技术发展 支持视频、数据、音频三网合一 不支持 从上面的比较可知：工业以太网技术具有组网方便、互连性好、带宽高、可维护性好的特点。 现代的大型生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网Ethernet/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其他类型的通信格式，如RS232，RS485或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。以太网Ethernet/IP技术具有以下的优势：随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备震动信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。以太网技术具有相当高的数据传输速率(目前已有成功案例应用于工业环境下的以太网交换机)，能提供足够的带宽能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架支持交互式和开放的数据存取技术沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构以太网早期存在不确定性和实时性能欠佳的问题，智能交换机的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入等，基本上得到了解决。通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构、设置服务质量（QOS）等，从而保证数据传输的准确性和实时性 因此，本设计选择工业以太网组网技术作为本矿综合自动化工业网络系统的技术选型。 2、网络冗余方式选型 在工业以太网络中，由于目前的大型控制系统大多为分布式控制系统，因此，多采用总线结构或环形结构。为了进一步提高网络的可靠性，可以采用单环或双环、双星形、多总线网络结构实现网络冗余几种工业以太网结构比较 星形 环形 双星形 双环形 网络拓扑描述 一个网络核心节点下联各个分节点 各个网络节点串联成闭环结构 双核心、双接入节点，接入节点分别连接到核心节点，形成2套网络 每个网络节点具有2套网络设备，各个节点串联成2套环网 优点 布线简单，管理方便，直接通过背板交换，交换速度快。 分布式网络，允许光纤出现一处断点。发生连路故障时，网络自动在500S之内切换到总线。 冗余网络，允许交换机、光纤、网线（网卡）三种故障，直接通过背板交换，交换速度快。 冗余网络，允许交换机、两处光纤、网线（网卡）四种故障。是常用的高级工业冗余网络系统。 星形 环形 双星形 双环形