煤矿防爆型万兆工业以太环网交换机详细介绍

1 概述

近年随着国家信息化战略的引导和市场的推动，煤炭事业自动化、信息化取得长远发展，减员增效、安全生产效果显现，各大型煤矿企业和集团公司结合自身条件都做了煤矿信息化发展的中长期规划，推动煤矿信息化建设实现企业增值提效，安全生产，提高市场竞争力已成为煤炭企业共识；煤矿信息化建设需要对生产过程采、掘、运、人、环、设备和管理信息进行综合采集利用，需要统一的网络平台作为数据通信基础，多个系统在统一的网络平台进行数据传输，为网络平台的可靠性提出了更高的要求，而工业以太环网的多链路冗余架构为网络平台可靠运行提供了保障。

2 煤矿以太网发展趋势

近年随着煤炭市场行情的波动，国内煤炭企业面临成本和安全的压力，自动化系统减员增效效果明显，同时自动化系统现场无人值守，需要视频监控作为辅助监控手段，协助地面远程控制人员对操作现场进行视频监控，随着数字化高清摄像仪的大量使用，1000M以太环网已经不能满足煤矿对带宽的需要，特别是未来自动化水平的提高和高清网络摄像仪的大量使用以及煤矿物联网的发展，大量的检测设备都依赖于以太网，使煤矿对未来网络带宽提出更高的需求，而万兆以太环网可以满足中大型矿井未来10年的自动化和信息化对网络传输的需求。gc0325

3 项目设计原则

矿井综合自动化系统建设应遵循以下设计原则：

1) 安全性

充分考虑系统和数据的安全性。系统应具有较强的身份认证、授权、加密等机制、完善全面的事件日志、数据备份和病毒防护功能。

2) ***性

充分利用飞速发展的计算机和自动化网络技术，全面准确地体现用户的管理思想及操作方式，建立一个符合标准的、开放的、易管理的自动控制网络系统。

3) 开放性

要在符合通用标准的前提下，兼通多种自动化控制系统，也就是要提供各种层次的尽可能多的符合***的接口，实现系统*限度的信息共享。系统结构合理，便于系统的扩展。

4) 实用性

系统具有灵活、可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好，程序参数可以方便修改；具有自诊断功能，并具有语音、图像以及报警功能；具有实时数据采集、处理及显示功能；采集到的数据存在数据库中，可以方便地查询。利用信息融合技术、故障诊断技术等技术对数据进行处理，对设备故障进行早期预报，提供故障诊断信息，提高生产率，保障设备安全运行。

5) 可靠性

在硬件选型、网络设计、支撑环境、应用系统的建设过程中，充分体现这一原则，***整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修改灵活。

6) 经济性

在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个高水平的、完善的自动化控制网络系统，所有设备的选型配置坚持性价比*的原则。

4 工业以太网特点

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容。产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面能满足工业现场的需要。

采用工业以太网具有以下优点：

1）应用广泛

以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发，如Java，Visual C++及Visual Basic等。这些编程语言由于广泛使用，并受到软件开发商的高度重视，具有很好的发展前景。因此，如果采用以太网作为现场总线，可以***多种开发工具、开发环境供选择。

2）成本低廉

由于以太网的应用最为广泛，因此受到硬件开发与生产厂商的高度重视与广泛支持，有多种硬件产品供用户选择。而且由于应用广泛，硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有Profibus，FF等现场总线的十分之一，并且随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步下降。

3）速***

目前以太网的基础通信速率为100Mbps，1000Mbps的快速以太网广泛应用，10Gbps、100Gbps以太网技术也非常成熟，100Gbps以太网开始在大型数据中心运行，其速率比目前的现场总线快得多。另外以太网可以满足对带宽的更高要求。

4）硬件资源丰富

由于以太网已应用多年，人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验，对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以***降低系统的开发和培训费用，从而可以***降低系统的整体成本，并大大加快系统的开发和推广速度。

5）可持续发展潜力大

由于以太网的广泛应用，使它的发展一直受到广泛的重视和吸引大量的技术投入。并且，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而***通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此***了以太网技术不断地持续向前发展。

6）易于与Internet连接，能实现办公自动化网络

与工业控制网络的信息无缝集成，传统的工业控制网络体系结构如图3所示，由于在企业网络不同层次应用不同类型的网络，它们之间需要安装网关对数据进行转换。如今的控制网络中，以太网已经成为企业层和控制层的主要网络技术。同时，控制器、PLC和DCS厂商已经开始提供以太网接口，这使得整个网络的瓶颈效应集中在应用现场总线的设备层上。

5 万兆工业以太网设计

矿井综合自动化和信息化系统是整个矿井安全生产监控系统信息的集成，它需要一个快速、安全、可靠的网络平台为大量的信息流动提供支撑，同时要有一个功能全面的安全生产信息应用系统为矿井安全生产提供科学调度、决策的依据。

为***良好的兼容性和可扩展性，本次方案中使用工业以太环网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。综合自动化监控网络平台采用三层网络架构，支持环形冗余，链路聚集，提供统一标准化的接入接口。 其他的总线结构方式均通过总线端口转换为工业以太环网信息包，在IP网络上进行传输。

硬件设备选型须符合有关***和行业标准，并通过国家煤监局认定的检测机构的形式检验。工业环网核心网络交换机网络要求以模块化、层次化为设计理念，采用工业以太网、万兆带宽、环型技术组网。核心交换设备冗余，设备引擎、电源冗余。整个工业监控网络中，当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或网络设备发生故障时，整个网络实现快速自愈。