基于工業以太環網的煤礦綜合信息化平臺構建技術研究

（山西省潞安化工集團古城煤礦 山西 046100）

以太環網與常規的網絡形式有所不同，其在信息系統中的應用具有更強的自愈能力、更高的安全性與可靠性，優勢非常突出。在煤礦現代化的發展過程中，各個煤礦企業都致力于綜合信息化平臺的構建，由于傳統的技術存在著很大的局限性，在綜合信息化平臺構建方面的應用效果并不理想，正是由于以太環網的優勢，使得在各個煤礦綜合信息化平臺的構建過程中，越來越傾向于采用這一概念，在此基礎上形成的綜合信息化平臺可以有效提升系統的集成能力，推進整個煤礦行業的進步。

1.工業以太環網的基本概述

煤礦企業的生產規模龐大，在當前的煤礦企業，為適應信息化的發展趨勢，各個煤礦企業都在積極構建生產監控管理系統，在該系統內包含了各種不同類型的設備和子系統，如果要實現對系統內各個要素的科學管理，保持系統的穩定、可靠運行，就需要選擇一個開放的通信平臺，來將系統中的全部設備、子系統的通信統一集成到標準的通信平臺內[1]。但是，傳統的通信標準常常存在兼容性和可擴展性不足的情況，為改善這一情況，大部分煤礦企業都在積極采用工業以太環網TCP/IP技術作為通信標準，其他的總體結構方式如RS485、CAN、RS232等均作為總線端口轉換為工業以太環網信息包，保障了信息通信的傳輸性和便捷性。工業以太網環網技術具有以下的優勢：

（1）寬帶傳輸網解決了傳統總線下的技術難題，系統中的節點容量大大增加，系統具有更高的穩定性與可靠性；

（2）同一平臺上可以運行多種傳輸協議，也就可以在煤礦企業的生產過程中，構建完善的公共網絡平臺和基礎構架；

（3）數據傳輸效率相對較高；

（4）支持先進的多主并發通訊模式，系統的檢測速率相對較高，通信傳輸的實時性相對較高；

（5）數據存儲技術的交互式和開放性相對突出。

2.綜合信息化網絡平臺架構

(1)綜合網絡總體方案

由于煤礦生產的特殊性，在綜合信息化平臺構建的過程中，總體上要將煤礦全礦井信息化系統設計為信息層網絡和控制層網絡架構。地面綜合調度中心的建立過程中，所設計的管理以太網為監測和控制，其中，還包含了獨立的網關和防火墻設計，通過這些設計，可以使得經由以太網向煤礦有關部門提供全部的礦井生產信息，在該系統設計投入使用以后，支持遠程訪問[2]。從綜合控制系統的構成來看，以井上部分和井下部分為主，以某煤礦企業為例，其使用的是1000M工業光纖以太環網，將其作為全礦主干網，通過工業級交換機的配置，使得在整個控制系統內，可以為各個子系統提供相應的工業以太網接口，使得煤礦地面、井下子系統的接入更為便捷和高效。

煤礦主干網采用1000M工業光纖以太網，設計為環型結構，結合平臺建設的具體要求和標準，選用型號、規格符合標準的交換機，以此來保障系統配置，提高系統的可靠性與安全性，使得在系統投入使用以后，即使光纖存在一點斷開現象，網絡也可以保持正常，并快速診斷出系統故障。

系統服務器的設計方面，要盡量將其設計為冗余結構，使得在該結構體系下，服務器可以實現對信息的采集、分析與管理，并及時將采集和處理后的信息傳送給各個操作員站，各個操作員站對全礦子系統的控制信息也可以直接經由服務器、工業以太網節點來時發送，且服務器中的信息保留時間非常長[3]。本研究中的全礦井綜合自動化網絡系統中，主干網絡采用的是光纖以太環網傳輸，傳輸效率非常高，在該系統中，各個子系統和工業電視監控系統都可以直接經由相應的節點連接到該系統憑條中。由于系統的集成作用，在系統運行的過程中，就可以有效對各個子系統進行控制，實時監測各個子系統中設備設施的運行情況，監測控制的過程也就是信息采集、分析的過程。在系統往上，可以直接連接企業的資源管理系統，有效保障了生產、管理信息交換的便捷性。

(2)系統架構

在煤礦綜合化信息化平臺建設的過程中，如果要提升信息系統的整體水平，在設計時要堅持控制和管理的一體化理念，將整個系統劃分為底層自動化控制系統和上層信息系統，保障控制和管理的靈活性。在系統設計時，要綜合利用計算機技術、信息技術、網絡和通信等多種技術，并借助于先進的工業控制軟件和網絡產品、自動化產品、數據庫軟件，來保障系統功能的全面性和性能的先進性[4]。當系統設計結束以后，就可以使得煤礦生產中的安全、電、水、風、運輸、掘進等多個要素和流程都實現信息化，將管理、生產的全部集成到統一的網絡平臺中。

①網絡平臺配置的特點

網絡平臺配置的特點體現在以下方面：

A.較高的可靠性，由于為獨立工業環網結構，以太環網的自愈時間非常短，在30ms以內，核心交換機完全可以實現冗余熱備份。

B.安全性較好，在整個系統中，工業環網、企業管理環網和外網連接過程中，都采用了防火墻隔離設計。

C.接入靈活且便捷，在該環網結構下，可以支持多種接口。

D.軟件接口協議的兼容性較強，完全可以滿足各種的接入和連接需求。

②系統結構要求

在整個系統結構的設計過程中，需遵循各種的技術標準：

A.在信息化平臺和系統中采用的是1000M工業以太網，有效克服了傳統技術下可能存在的技術限制，需使得在整個系統中要素相對完整，包含網絡通信接口設備、信息傳輸介質、現場分站和地面控制中心；

B.環網冗余技術要充分應用于其中并發揮其技術優勢；

C.異構系統之間也需要保持互聯互通，在整體系統的設計過程中，必須要在網絡級和串口級提供多種的接口方式，以為各個子系統的接入提供便捷，通過有效接入來實現整個系統中的信息共享和集成；

D.接口預留要符合要求，環網建設的過程中，要充分考慮到煤礦企業未來信息化的發展方向，通過接口預留來提高系統的可擴展性；

E.實時的數據采集和集成；

F.規范標準的數據庫建設[5]。

(3)軟件平臺功能

當該煤礦綜合信息化平臺建成以后，需具備多方面的功能：信息共享和實時監測；遠程啟動、停止等控制功能；Web瀏覽；數據分級管理；實時報警和故障記錄、分析；擴展功能等。

3.核心交換機

由于煤礦行業屬于高危險性、規模較大的生產行業，如果在綜合信息化平臺的建設過程中，采用的是普通交換機，由于其性能和功能相對有限，往往難以達到當前煤礦行業信息化的發展要求，比如，普通交換機在抗干擾性、電磁兼容性和可靠性等方面，都存在著一定的缺陷，且在應用的過程中，無法形成高速冗余環連接方式，使用年限也相對較短，因此，在煤礦綜合信息化平臺建設的過程中，一般要使用工業級的以太網交換機，配置千兆以太網光口。其特點體現在：為萬兆級帶寬，可以達到承上啟下的要求，在信息傳輸的過程中，幾乎不存在任何的瓶頸和技術難題；可以建立多環，在環數倍數增加的過程中，系統帶寬也隨著增多，也就可以為后續的擴容和兼容性提升提供便捷，可以通過環網冗余、環間耦合等各種設計方式，來提高系統運行的可靠性與穩定性。在交換機的網絡管理方面，由于不同的交換機存在性能、功能等方面的差異性，在管理的過程中，要嚴格根據交換機的特殊性，來選擇有效的管理方式，最大程度上使得核心交換機可以在煤礦綜合信息化平臺中發揮其重要作用，及時通過網絡管理來識別和發現網絡系統中潛在的安全隱患并加以排除。

4.結語

近年來，隨著煤礦生產規模的擴大，再加上煤礦行業的轉型發展、產業結構升級，各個煤礦企業都在積極探索新的發展路徑，綜合信息化平臺建設成為了煤礦企業中的核心內容，只有做好了這一方面的工作，才能夠推進煤礦生產、管理和控制的信息化，提升煤礦發展水平。