工业以太环网系统.docx
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工业以太环网系统
工业以太环网系统
建设方案
建设单位：
供货单位：
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日期：
2019年1月
1）本技术方案广泛适用于煤矿综合自动化系统。
2）我方保证提供设备符合国家标准、规范和本规格书的优质产品及其相应的优质服务。
3）本技术方案为综合自动化系统初步设计方案，井下子系统接入综合自动化系统时需结合实际情况制定子系统接入实施方案。
系统实施原则及建设内容规划
1）系统设计、实施始终遵循煤矿安全综合自动化系统等相关标准。
2）系统建设采用“统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入”的指导思想。
3）结合煤矿实际情况进行综合设计。
4）为建设一个稳定、高效的1000M环网平台，能可靠传输数据、语音、图像等信息以满足日益复杂的安全生产管理需要，提高安全生产管理水平。
5）提供多种子系统接入方式以满足现场各种异构设备接入，保护已有投资。
系统设计原则
考虑到综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目的设计原则为：
“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查询性、互联性和可扩展性、经济性”。
为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则：
Ø先进性、成熟性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
Ø实用性
由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。
因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。
Ø可靠性
高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作。
对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。
实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。
因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。
同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。
Ø安全性
网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。
安全措施应包括：
防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。
Ø易操作性
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
Ø实时性
设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
Ø完整性
提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
Ø可查询性
提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。
Ø互联性和可扩展性
把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性。
充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。
标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
Ø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，建立一个尽可能高水平的、完善的网络系统。
所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。
系统设计依据
1）《煤矿安全规程》；
2）《煤炭工业矿井设计规范》；
3）《煤矿安全装备基本要求》；
4）《煤矿监控系统总体设计规范》；
5）《煤矿监控系统中心站软件开发规范》；
6）《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》；
7）《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》；
8）《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》；
9）《设备可靠性试验》；
10）《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》；
11）《煤炭调度信息化装备技术规范》；
12）《监测监控质量标准化实施标准》；
13）《智能调度室装备规范》；
14）《电子计算机房设计规范》；
总体结构设计
系统分为管理层和设备层结构。
其中管理层为矿地面局域网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。
在管理层，管理网服务器系统负责收集全矿的生产、管理、经营等方面的信息，并为管理网与国际互联网的连接提供服务；在管理网的各PC终端，可以在统一的界面下根据权限和等级查看全矿的所有信息。
设备层主要包括：
传感器、执行器、开关柜等现场设备。
项目达到的效果
系统建成后，能把各个子系统有机整合在一起，能使煤矿井上下各生产环节的生产工况信息在现有条件下进行有效集成，能够将各子系统的数据进行深入挖掘，进而实现相关联业务数据的综合分析以及生产状态的实时评估，达到“管控一体化”和统一调度指挥决策的目标。
系统可在地面中央监控室实现对矿井主要生产环节如：
煤流、采、运、供电、排水、压风等生产环节的集中监控，部分系统实现可靠无人值守运行，有效提高矿井生产效率；另外可将环境监测、工业电视、主副井提升、通风机、调度通信等系统的信息集中于统一的数据库管理、存档、检索。
同时可实现整个矿井的综合自动化网络和管理信息网络的的无缝连接，矿各级领导和有关职能部门均可以通过网络终端进行数字化矿山系统的实时监测、数据报表显示查询，矿调度人员及相关管理人员同步掌握生产设备运行状态、产量及安全情况，便于快速做出反应，及时调度。
系统能通过矿的网络统一出口，与数据中心完成无缝对接，实现煤矿生产信息、安全信息和管理信息实时交换，远程显示、查看相关数据。
系统将矿井的环境安全监测系统、人员定位系统、电网监控系、各主要环节自动化控制系统等信息集成到统一的平台软件上进行综合分析处理，能实现矿井生产设备的优化运行控制和瓦斯等灾害的预警及联动控制。
煤矿建成的基于工业以太环网+现场总线技术的数字化矿山系统，信息汇接能力强大，留有充分的扩展端口以适应系统今后扩容发展的需要.
千兆工业以太环网平台
本次工业以太网系统建设地面、井下4个1000M环网，采用地面网络和井下环网方式。
地面调度指挥中心的各种服务器、上位机、操作站、工程师站等均直接接入中心的核心交换机上，核心交换机接入矿方管理网络，但需矿方管理网络提供足够的网络接口。
井下各监控设备就近接入环网交换机。
这种布局网络结构清晰，网络层次分明，数据采集服务器直接连到核心交换机上，链路路径最直接，采集数据快捷。
平台主要由核心交换机、井下环网交换机、组成。
全网建成后的性能可以保证达到以下水平：
全网交换机连接均可基于单、多模光纤或铜介质，可按需要任意选择；光纤网络中的任何位置发生一个断点事故均可在瞬间内完成链路通信的恢复；全网基于统一、简洁的网络管理。
机房核心交换机：
在调度室中心机房配置1台赫斯曼公司的MACH4002-24G-L3EHCP三层核心交换机。
井下环网：
在中央采区泵房变电所、140M水平泵房变电所、北一采区变电所、北一采区泵房变电所、中央采区变电所共5个节点配置5台KJJ127，1000M环网交换机，组成井下环网。
其他技术要求
1）整个自动化综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；
2）系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（0.05S），通信更加可靠；所有交换机采用高性能的千兆交换机，避免网络中部分节点故障，同时满足以后的扩容和升级；
3）矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议；
4）平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。
为数据、视频、语音三网合一提供了足够的带宽；
5）整个网管系统可对所有的综合自动化网的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。
6）在矿信息网与监控网中采用天融信防火墙连接，实现监控网的安全隔离。
7）采用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强。
核心交换机提供OPC协议，支持监控软件的集成；
8）整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；
9）由于以Internet/Intranet/Infranet为整体构架，具有开放的传输接入平台，系统集成能力显著提高，今后矿井各种自动化监测监控系统均可方便就近接入，易于扩展，无须重复布线，节约投资；
10）平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享；
11）井下交换机经过防爆认证，具有MA，同时增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行四个小时以上。
12）支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式，如（单）环网冗余、单环双节点冗余、双总线冗余、双环网冗余和环间冗余，本次投标方案采用单环单节点双冗余环网。
13）环网核心交换机每个模块插槽能够配置一块引擎模块，引擎模块上的子卡插槽，可以配置不同种类的网络接口卡。
14）环网交换机支持多光口、电口混合连接，支持Web管理，支持SNTP简单网络时间协议，准确记录故障时间。
15）交换机管理软件要求能统一配置、管理、监视所有交换机，可监视所有具有SNMP（简单网络管理协议）功能的设备；支持通讯故障自诊断、定位、报警；在更改设备配置时只要在网管工作站对相关设备进行合适配置，通过网管工作站对网络设备进行日常管理、流量统计、故障分析等。
16）交换机支持流量控制功能，防止广播风暴；支持端口的优先级划分和VLAN划分；支持端口和MAC地址的绑定，提高系统安全性。
主要设备技术参数
2.3.1核心交换机
端口转发速率：
1.488Mpps，背板带宽＞40Gbps；
1）端口配置：
千兆电口（10/100/1000Mbps自适应）：
16个；
千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）：
4个。
2）端口延时：
<32ms。
3）支持SNTP简单网络时钟协议协议。
4）支持端口优先级IEEE802.1D/p协议。
5）支持静态路由、RIPV1/2、OSPF等路由协议，支持VRRP路由冗余。
6）支持组播IGMPSnooping、GMRP，支持组播路由DVMRP/PIMDIM。
7）支持1024个IEEE802.1QVLAN。
8）支持4个以上链路聚合。
9）支持DHCPOption82、DHCPRealy、Hidiscovery。
10）冗余保护：
支持HIPPER-RING协议、支持RSTP协议；光纤环冗余：
单环支持50台以上节点交换机，自愈保护<50ms；冗余耦合：
切换时间<1s。
11）网管：
支持串口、WEB界面、SNMPV1/V2/V3；
支持拓朴自动发现；
支持命令行、V.24、Telnet、BootP；
提供交换机的集中和功能管理软件工业及企业版，图形化实时监控软件，可通过图形画面实时监测环网状态，应监测到每一端口；
12）提供OPCServer软件，环网状态信息可集成至集控软件平台。
2.3.2地面环网交换机（MS4128-L2P）
1）端口转发速率：
1.488Mpps，背板带宽＞5Gbps；
2）端口配置：
百兆电口（10/100Mbps自适应）：
16个；
千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）：
4个；
3）工业标准机架式安装
4）采用存储-转发技术，支持自动协商功能、自适应全双工/半双工、自适应10/100baxxxxse-TX（5）端口、自适应MDI/MDIX。
5）MTBF（平均无故障时间）不小于100万小时管理：
6）所有交换机提供OPC通讯方式对交换机进行监控、故障诊断和趋势图分析的功能。
7）支持RSTP、SNMPV1/V2/V3、IGMPsnooping、VLAN、QOS、TRUNKING、MIRRORING、（9）DHCP等功能。
8）网络距离：
单模10/20/80KM
9）相对湿度：
10%～95%（非凝结）
10）工作温度：
0°C～+70°C
11）支持光纤环网冗余，自愈时间低于50ms；支持环间耦合，耦合时间小于1s。
12）保护等级IP20，全封闭式金属钢质外壳，无需风扇散热
2.3.3井下矿用隔爆兼本安全型环网交换机（KJJ137）
交换机为隔爆兼本安型交换机核心，其单台交换机技术指标如下：
光信号接口
1）传输方式：
全双工TCP/IP传输协议，波长为1310nm的单模光纤；
2）传输速率：
1000Mbps；
3）光发射功率：
-10～-5dBm；
4）光接收灵敏度：
-20dBm；
5）最大传输距离：
10km（使用单模光缆）；
6）采用模块化结构，配置4个千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）。
以太网电信号接口（本安接口）
1）传输方式：
全双工TCP/IP传输协议；
2）传输速率：
10/100Mbps自适应；
3）信号工作电压峰峰值：
1V~5V；
4）传输距离：
RJ45接口传输距离：
100m（使用矿用阻燃通信网线）；
5）12个10/100Mbps自适应RJ45口，可扩展为20口
RS485信号接口
1）传输方式：
半双工RS485信号，双极性；
2）传输速率：
1200bps-115200bps；
3）信号工作电压峰峰值：
2V~10V；
4）信号工作电流峰值：
≤50mA；
5）传输距离：
5000m使用矿用阻燃屏蔽通信电缆
6）提供4以太网转485总线转换器；
一、交换机的基本技术参数
1.设计成为本质安全型，配接新设计的12V
2.千兆以太网光信号接口
a）接口数量：
4个
b）连接方式：
LC
c）传输方式：
全双工TCP/IP以太网光信号传输协议；
d）传输速率：
1000Mbps
e）光发射功率：
-10～0dBm（1310nm，单模光纤）
f）光接收灵敏度：
-20dBm（1310nm，单模光纤）；
g）最大传输距离：
10km（发射光功率-10dBm～0dBm；接收灵敏度-20dBm；使用MGTSV（2～72）B型单模光缆，MGTSV（2～148）×1型单模光缆）；
3.千兆以太网光信号接口（SC，ST，FC）
a）接口数量：
4个；
b）连接方式：
SC；/FC/ST
c）传输方式：
全双工TCP/IP以太网光信号传输协议；
d）传输速率：
10/100Mbps自适应；
e）光发射功率：
≥-15dBm（1310nm，单模光纤）；
f）光接收灵敏度：
≤-25dBm（1310nm，单模光纤）；
g）最大传输距离：
10km（发射光功率-15dBm～0dBm；接收灵敏度-25dBm；使用MGTSV（2～72）B型单模光缆，MGTSV（2～148）×1型单模光缆）；
4.以太网电信号接口（本安）
a）接口数量：
16个；
b）传输方式：
全双工TCP/IP以太网电信号传输协议；
c）传输速率：
10/100Mbps自适应；
d）信号工作电压峰峰值：
1V~5V；
e）传输距离：
100m（MHYV4*2型矿用网线MHYV2×2×0.75mm2型矿用通讯电缆）；
5.RS485信号接口
a）接口数量：
4个
b）传输方式：
主从式异步，半双工RS485信号；
c）传输速率：
9.6Kbps；（波特率自适应，600，1200，2400，4800，9600）
d）信号工作电压峰峰值：
2V~12V；
e）信号工作电流峰值：
≤30mA；
f）传输距离：
（通信距离随不同的波特率而不同，使用导线截面积1.5mm2，MHYV2×2×7/0.28型矿用通讯电缆）；
d）最大传输距离：
和不同的传输速率对应；
e）传输信号工作电压峰峰值：
2V～12V。
6.CAN接口（硬件上设计，软件上预留）
a）接口数量：
1或2个
b）传输方式：
主从式异步；
c）传输速率：
9.6Kbps；（波特率自适应，600，1200，2400，4800，9600）
d）信号工作电压峰峰值：
2V~12V；
e）信号工作电流峰值：
≤30mA；
f）传输距离：
（通信距离随不同的波特率而不同，使用导线截面积1.5mm2，MHYV2×2×7/0.28型矿用通讯电缆）；
d）最大传输距离：
和不同的传输速率对应；
e）传输信号工作电压峰峰值：
2V～12V。
技术培训
（1）理论培训：
在安装使用前，在乙方对相关系统操作维护人员及专业技术人员7－10人进行为期一周的培训学习。
内容包括必要的理论学习和实际操作，培训结束后，进行测试。
在培训中，主要注重培训实际操作能力，通过前期的技术培训，使维护人员、操作人员对系统有一个较全面的了解，并能完成日常的操作及维护。
（2）实践培训（在甲方）：
在相关系统安装时，结合现场实际，为期5-7天的时间进行现场指导、讲解，使他们较好地掌握系统的操作使用，维护方法及常见的故障处理。
由于本系统是融电子技术、网络技术、测量技术、计算机应用、数据通讯等跨学科专业高技术产品，对其操作人员有较高的要求，为保证系统的正常运行，因此建议，所配备的系统监测人员应具备高中以上文化程度，技术人员应具备大专以上文化程度，且以计算机应用、电子技术、自动化专业为宜。
售后服务承诺
乙方对产品实行一年质保，终生保修的服务承诺；不定期进行回访，调查设备运行情况，并进行售后技术跟踪服务。
质保期内
1）质保期间的所有系统设备，乙方将免一切维修费用（人为损坏和不可抗拒因素损坏除外），如确是质量问题，可包换，设备发生非人为的故障，乙方在接到甲方的通知后48小时内，派售后服务人员赶到现场服务；
2）系统在使用中，如操作维护人员还要求进行再培训，乙方将免费继续培训、直到熟悉掌握为止。
质保期外
1）质保期后，乙方仍向甲方提供优惠服务，负责自产系统软件免费升级；
2）乙方负责对其售出的产品长期提供技术支持，不定期为用户发布产品新技术信息
附件：
设备配置清单
序号
设备名称
型号
单位
数量
备注
1
工业级三层核心交换机
MAICS5028G
台
1
4千兆光+16千兆电
2
矿用隔爆兼本安型环网交换机
KJJ127
台
5
4千兆兆+16千兆电+4千兆光+4个485
3
千兆光模块
块
21
升级会员 