煤矿综合自动化系统基于工业以太网通信
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

煤矿自动化系统就是包括如下几个部分:1.将煤炭开采出来以及运输至地面的矿井生产环节系统设备,其中包含有用于煤炭开采的采煤机,掘进机等设备,煤炭运输的胶带机,提升机等设备以及地面选煤厂的集控设备,其中自动化系统需要将相关设备的电控系统的电流,电压以及控制器开关的相应参数收集并对其进行相应的控制。2.煤矿的环境监测系统以及调节内部环境的相关设备,比如其中就包括有瓦斯监测,矿压监测以及井下排水监控,火灾预报,自动防尘洒水和工业电视监测系统等。3.其他辅助系统,比如电力监测,人员跟踪定位系统,人员考勤系统,计算机通信网络以及电话通信系统等。

系统描述

由于煤矿自动化系统比较庞大,涉及的方方面面比较多,一般都会采用多个子系统进行组合,而各个子系统采用的通信网络可能会各有不同,一般而言都是采用各种现场总线技术,但是现场总线技术规范众多,相互之间互联互通比较麻烦,这样就很容易形成“信息孤岛”,使得监控中心不能通过自动化系统实施统一管理。工业以太网技术因为具有其开放性以及与办公自动化系统的无缝对接,使得其能够得以广泛的应用于工业控制现场,煤矿自动化系统采用工业以太网技术作为通信网络是必然的趋势。

解决方案

煤矿自动化系统一般实现三层体系结构:管理层,控制层以及设备层。信息层就是公司层面的信息管理系统,比如公司的办公自动化系统,数据库服务器以及视频服务器等基于公司层面的信息网络,信息层一般都是处理一些后台的数据,数据流量大,对于实时性要求不高,管理层采用普通以太网作为通信网络即可。而控制层一般指的是地面调度室以及各个子系统的工作站,控制层对于数据的实时性要求高,且要求系统具备冗余(通信链路冗余以及多服务器冗余热备份),在控制层需要采用带有光纤环网冗余的工业以太网技术。而设备层由于工控设备一般都是采用现场总线技术作为通信手段,设备层多采用现场总线技术作为通信网络,但是由于工业以太网技术的不断发展,现在越来越多的厂家在相关设备(比如现在的主流PLC基本上都已经具备以太网接口)上留有以太网接口直接接入至工业以太网。

针对煤矿行业的各种需求,深圳市鼎信鸿达科技有限公司开发出相应的产品用于满足相关需求,其中包括有建设工业以太网的工业以太网交换机,将RS-485总线转换为以太网的串口联网服务器以及将CAN总线转换以太网的CAN转换器等。在此我们通过一个案例说明相关产品在煤矿自动化系统中的应用。

根据煤矿的具体情况,在本案例中,采用千兆光纤冗余环网作为骨干通信线路,子系统采用百兆光纤环网组成独立环网,通过百兆以太网线路与千兆光纤冗余环网进行耦合连接,子系统的相关以太网设备通过以太网接口与百兆环网的工业以太网交换机连接。而在地面办公系统,由于对于实时性以及冗余性要求不高,可以采用星型拓扑结构布线,采用较为廉价的非网管型网络交换机。在此,选用了深圳市国科伟业通信技术有限公司的NIES-7010-3GS,NIES-608-2F,NIES-605-2F-2D以及NIES-1024三种型号。

其中采用NIES-7010-3GS型千兆工业以太网交换机具备三个千兆SFP光纤接口以及七个百兆以太网接口,利用其千兆光纤接口建设千兆光纤冗余环网,由于煤矿情况复杂,运行的机械设备众多,容易出现机械损害导致光纤线路中断的情况,如果单纯的组建单环网的话,容易出现多处光纤线路中断而导致某一部分的环路不能正常通信的情况。利用NIES-7010-3GS型交换机的三个千兆光纤接口组建“日”字形环网拓扑结构,能够保证只要连接交换机的所有线路不出现中断,基本上就可以保证能够整个光纤冗余环网在20ms之内自愈恢复通信,具体连接方式可以参考下面的连接示意图。

由于管理层对于实时性以及冗余性要求不严格,在办公区域采用NIES-1204型非网管型工业以太网交换机,采用星型拓扑结构布线,交换机通过以太网接口与NIES-7010-3GS的以太网接口连接,而在控制层则采用冗余环网拓扑结构,利用NIES-608-2F型网管型工业以太网交换机以及NIES-605-2F-2D型导轨式工业网络交换机,其都自带两个光纤接口,相互连接起来组成单环网将子系统的以太网设备连接,通过以太网接口与千兆光纤冗余环网以太网接口耦合连接,相应子系统的以太网设备通过以太网接口与交换机及连接,其中NIES-605-2F-2D还自带两个串口服务器接口,能够直接与相应的串口设备连接,将串口数据信号直接转换为以太网数据传输。NIES-7010-3GS,NIES-608-2F,NIES-605-2F-2D都带有DIN导轨卡槽直接安装在机柜内导轨上,井下部分交换机则通过本安环网接入器进行井下隔爆处理。

通过将煤矿自动化系统基于工业以太网通信,将煤矿的所有子系统连接起来,相互之间的数据信息得到快速畅通的流动,有效的消除了煤矿自动化系统的“信息孤岛”问题。使得整个系统的数据能够在任意一个接入以太网的网络节点上通过授权得到相关数据,使得公司层面的管理与煤矿现场操作控制完全融合起来,真正的实现了管控一体化。

连接示意图
煤矿综合自动化系统基于工业以太网通信
适用产品型号
NIES-605-2F-2D型工业网络交换机 NIES-608-2F型工业以太网交换机
NIES-1024型工业以太网交换机 NIES-7010-3GS型工业以太网交换机

 

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