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煤矿数字化矿山万兆冗余环网+海得自主容错服务器及存储灾备案例

供稿:上海海得控制系统股份有限公司 2015/5/20 15:23:38

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  • 关键词: 煤矿数字化矿山
  • 摘要:根据开元煤矿数字化矿井综合自动化系统建设的需求,不同的应用业务(高清视频,监控系统等),数字化矿山工业环网平台设置2个高可靠性容错环网,分别为万兆工业环网,千兆自动化控制工业环网,传输介质为单模光纤,采用赫思曼工业以太网交换机进行数据交换。通过工业以太网连接井上、井下各个子系统,把高清视频监控,所有系统设备控制和监控信息传输到集中控制室,通过服务器的数据采集,使工程师完成各个子系统的组态,达到监测和控制的目的。

项目概述
根据开元煤矿数字化矿井综合自动化系统建设的需求,不同的应用业务(高清视频,监控系统等),数字化矿山工业环网平台设置2个高可靠性容错环网,分别为万兆工业环网,千兆自动化控制工业环网,传输介质为单模光纤,采用赫思曼工业以太网交换机进行数据交换。通过工业以太网连接井上、井下各个子系统,把高清视频监控,所有系统设备控制和监控信息传输到集中控制室,通过服务器的数据采集,使工程师完成各个子系统的组态,达到监测和控制的目的。

网络拓扑结构设计

数字化矿山网络平台拓扑图

万兆工业环网
   根据矿井的实际生产现状,万兆环网设计采用工业以太环网技术,地面各子系统、井下各子系统、集控中心网络设备组成10G单环网络,这样整体自动化工业以太环网就形成了以二台万兆核心核心交换机、井下万兆交换机组成的环型网络。
   万兆工业环网井下布置9台万兆防爆型工业以太网交换机及8台千兆防爆型工业以太网交换机;其他地面监控以及辅助生产子系统就近接入地面环网交换机。调度指挥控制中心机房设备连接包括:操作员站、工程师站、网络打印机、视频服务器等。
   多环网通信的容错切换时间:由于采用了赫思曼工业以太网交换机独有的超级容错环技术,使得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<50ms。
千兆自动化控制工业环网
   千兆通信控制工业环网设计采用工业以太环网技术,地面各子系统、井下各子系统、集控中心网络设备组成千兆网络,地面与井下组成环网连接到集控中心的核心网络设备上,这样整体自动化工业以太环网就形成了以二台核心交换机(环网)、井下及地面组成的相环型网络,防止单点故障的出现。
   井下布置3台千兆防爆型工业以太网交换机;地面布置2台千兆交换机。其他地面生产子系统就近接入地面环网交换机。调度指挥控制中心机房设备连接包括:数据采集服务器、实时数据库服务器、WEB发布服务器、操作员站、工程师站、网络打印机等。

赫思曼交换机设备型号
万兆视频环网赫思曼工业级以太网交换机
工业万兆环网核心交换机

MACH4002-24G+3X-L3P

工业万兆环网井下万兆节点交换机
MACH104 16TX-PoEP+2X-E

地面千兆节点交换机
MS4128-L3E

井下千兆节点交换机
MS4128-L3E

网管软件
Industrial HiVision 5.0, 32 Nodes

自动化控制环网千兆节点交换机
MS4128-L3E

方案特点

本方案采用工业以太环网和环间耦合等多种冗余技术,整个系统由地面及井下多个环网组成,其中工业视频环网和自动化控制环网分别处于两个不同的环网,并且与调度中心的核心交换机构成冗余。多环网通信的冗余切换时间:由于采用了Hiper-ring超级冗余环技术,使得多环网通信的故障切换时间得以保证,故障切换时间均<50ms;网络的逻辑链路断点明确、固定。< span="">

在煤矿调度中心采用两台MACH4002万兆骨干交换机, 在这两台交换机上通过单模光口分别与井下万兆环网节点进行组成一个工业万兆环网,实现现场交换机和调度中心之间的环网连接; MACH4002具有冗余的电源模块, 任何一台交换机的供电故障都不会影响系统的工作;同时该交换机支持静态路由和动态路由(如RIP和OSPF)以及虚拟冗余路由协议(VRRP),实现系统的冗余路由功能;通过在整个网络中划分VLAN使控制数据和视频数据处于两个不同的VLAN中,有效的较小了广播域的范围,提高了网络的可靠性同时也便于管理;百兆电口用于连接本地的各分系统,服务器和工作站。 具体地讲, 该网络系统具有如下几方面的特点:

1、多重冗余和高可靠性

所采用的 MACH4000万兆核心交换机、MACH104万兆交换机,PowerMICE交换机均属于工业级以太网产品。 都具有双电源冗余; MICE交换机可靠性高,采用双电源冗余输入, 均采用无风扇设计, 工作温度范围可以从0到60℃。

所有的交换机是完全工业级的网络产品。牢靠的重负荷设计,其性能指标远远超过普通的商用网络产品,电磁兼容性、工作温度、防震等指标完全符合工作现场的要求。

在设计过程中,采用模块化工业以太网交换机尽可能地减少故障点。赫思曼交换机支持VLAN、组播控制和Port Priority(端口优先级)设置,从而可以最大程度地限制网络上的广播和组播信息,提高网络的可靠性和工作效率。

控制现场的交换机均提供一个附加信息触点,可把交换机的状态信息直接作为过程数据记录,并可用于报警。网络安装和故障诊断比较方便。 MACH4000, MACH104及PowerMICE交换机带有SNMP管理单元,而且还集成有基于WEB的管理系统,方便快速地进行网络组态、诊断、故障定位和管理。

2、赫思曼工业以太网交换机的开放性和可扩展性

赫思曼工业以太网交换机完全符合标准的802.3以太网标准,支持光纤/双绞线连接和TCP/IP协议。比现场总线通信有更大的优越性,是成熟的工业网络解决方案,提供了各种工业控制设备的通用传输平台。

赫思曼网络产品除了能满足工业现场的要求之外,还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(下联冗余)、环间冗余(下联冗余),即可以在两个环网之间建立两条互为热备的连接通道,当其中一条发生故障时可以自动切换到另外一条通道,为系统的扩展提供了很大的方便。由于采用了专用的Industrial HiVision网管软件,它支持OPC Server,可以与工业监控组态软件实现数据通信,从而使网络管理集成到SCADA系统中进行统一管理。

3、严格的安全保证

在数据传输链路方面,由于骨干网的交换机都带有SNMP管理单元,集成了基于WEB的管理系统,支持RMON网管。从而保证了良好的安全性。对交换机的管理采用了二级密码访问机制, 可以关闭不用的交换机端口, 防止外部设备的非法接入。

网络通信系统是工业生产管理系统的信息基础设施,其可靠性和可扩展性对煤矿企业的安全生产有莫大影响。 赫思曼的产品网络方案满足以下要求:

Ø  可靠性

煤矿行业的特点决定了整个系统必须具有很高的可靠性和可用性,以此保障生产活动的正常进行和井下工作人员的生命安全。 因此在选型时必须考虑所选技术的在冗余性, 出错处理和容错方面的能力,所选的产品能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。

Ø  可扩展性

随着新技术的出现以及企业的不断发展,会对现有的系统提出更高的通信带宽需求。 网络通信系统作为整个生产管理系统的基础,应在系统容量、处理能力等方面具有可扩充性,可以方便地进行产品的升级换代。

Ø  开放性

网络通信系统应具有开放性,符合现有相应的国际标准和协议。 同时提供开放的网络接口和数据接口,保证现有的各类产品以及未来出现的新产品能够协同运行,方便数据交换、信息共享。

Ø  可维护性

井下环境恶劣,为设备的维护保养带来较大困难。 本系统将提供有效的网络管理和系统监控、调试、诊断技术,保证系统维护管理简明、方便、有效。 在设备发生故障时能够方便及时的发现故障、排除故障。

海得自主容错服务器和存储型号

海得自主容错服务器特点:

基于标准X86架构的机架式容错服务器,4U高度。主板及所有系统组件均采用双重冗余设计;

基于硬件层容错技术,实现冗余主机(Active-Active)双活同步运行,完全独立于操作系统和应用软件。故障发生时可实现零秒切换,系统可靠性99.999%以上。

内置服务器虚拟化和负载均衡技术;支持主流的Windows Server Linux Server系统;

支持WEB界面的故障显示,支持邮件\短信等方式主动告警,支持本地或异地容灾部署;

能够实时监控CPU、内存、硬盘、电源、风扇和操作系统等全部软硬件系统,具有故障预警、快速诊断和在线更换功能;

工业级设计,运行环境温度最高支持到45摄氏度(满足美国ASHRAEClass A4标准)

采用冷冗余双电源专利技术,进一步提升电源转换效率。

海得自主存储系统特点

采用新一代高性能硬件容错级磁盘阵列柜,配置双活动(Active-Active)冗余控制器;标配81GbpsISCSI 主机接口,4GB高速缓存。

支持高速缓存互为镜像技术;

支持SATA/SAS/SSD硬盘;

支持具备超大电容断电保护策略;

支持Snapshot快照技术;

支持CopyVolume Copy卷拷贝技术;

支持Remote Mirror 远程镜像功能;

支持异地容灾部署策略;

支持热插拔双冗余电源、冗余冷却风扇;

更多内容请访问 上海海得控制系统股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=42632)

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