煤矿网络论文：煤矿网络核心系统的建构

作者：苏鹏宋国栋单位：煤炭科学研究总院

综合数据与视频传输，总计需要带宽的瞬时值为200Mbit/s左右，小于设计带宽（300Mbit/s）需要保留的瞬时带宽（400Mbit/s左右），小于总可用带宽（1000Mbit/s），此时在传输实时性与带宽利用率间取得较好的平衡。

可靠性设计

选型时须考虑所选技术的在冗余性、出错处理和容错方面的能力，所选的产品要能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。方案设计从网络拓扑结构、网络交换机、服务器、电源设计等方面，着重体现系统的可靠性：网络拓扑结构选用环网冗余技术；选用赫思曼工业网络交换机，可靠、稳定；为数据采集配置了2台服务器，热备冗余；配置在线式UPS电源，提供2路供电，提高系统供电可靠性。

网络拓扑结构设计

目前，工业以太网络采用星型结构或环型结构。为了进一步提高网络的可靠性，可以采用星形、环形、双星形和双环形网络拓扑结构。双环形的网络拓扑结构常用于高级工业冗余网络系统，但是其费用高，而且不适合于煤矿的特殊情况，因此设计选择单环网作为煤矿网络监控系统的拓扑结构。地面、井下各子系统都采用单环网络的方式组网，并分别连接到调度中心的核心网络设备上，整体上就形成了二台核心交换机、井下环网、地面环网组成的相互独立的环型网络，并且每个网络都有两条链路连接到核心设备，防止单点故障的出现。

工业以太网环网结构如图1所示。如果发生环网中某段线路出现意外中断的情况，环网传输路径将选择反方向传输，传输路径倒换时间小于500ms。

传输平台电源设计

煤矿地面交流用电是220V/127V交流，工业以太网交换机所需的是24V直流，因此配置了220V交流转24V直流的赫思曼RPS30模块。煤矿井下交流用电是127V/380V/660V交流，工业以太网交换机所需的是24V直流，采用井下127V或660V交流接入井下防暴UPS电源，变压为24V直流，再连接到交换机的电源模块。这样保证了交换机的双路供电，在有一个电源模块损坏或停电情况下，交换机设备可正常工作，不影响整个工业环网的传输。地面、井下设备供电连接分别如图2、图3所示。

网络设计方案

采用工业以太环网和环间耦合技术组成环网，其中各控制子网与控制中心之间构成千兆骨干冗余环网耦合，现场层的设备形成二级网络。由于采用了超级冗余环技术，多环网通信的故障切换时间得以保证，无论是骨干环网内部、二级环网内部还是多环之间的通信，故障切换时间均小于500ms。煤矿调度中心采用2台MACH4002核心交换机，核心交换机设置构成赫思曼超级冗余环，在这2台交换机上通过单模光口分别与下联的设备控制子网进行DUALHOMING（双链路）链接，实现和调度中心之间的环网连接。

MACH4002具有冗余的交换引擎和管理引擎，且冗余引擎设置在不同的基板上，任何一个基板或者引擎的故障都不会影响系统的工作，任何一台交换机的故障都不会影响系统的工作。通过MACH4002的路由功能实现系统的冗余路由。千兆RJ45端口用于连接服务器、工作站。每台交换机都有冗余热备的电源，冗余的风扇。

二级环网全部选用赫思曼MS4128L3P模块化千兆工业以太网交换机，井下网络设备均通过国家MA认证的隔爆产品，网络接口扩展性大，部署灵活。综合自动化网络拓扑图如图4所示。

结语

新疆库车县科兴煤炭公司榆树泉煤矿网络系统作为综合自动化系统的传输平台，通过对煤矿地面、井下各子系统数据的高速传输，实现了人员定位、安全监控、束管监测等安全系统的信息共享，实现了供电、通风、提升、运输、排水、水处理等煤矿生产系统的统计调度，实现了领导统一指挥和管理，并且可满足企业未来更多业务的应用需求。