郓城煤矿综合自动化平台系统方案

郓城煤矿综合自动化平台系统方案内容摘要：

页 共 82 页 郓城煤矿系统平台硬件设计方案概述 郓城煤矿项目中的后台关键应用 —— 中央数据库系统、 TDAUTO SERVER 管控平台和数据库服务器、 WEB 安全服务器的硬件平台，将采用高端企业级服务器的解决方案。 平台将配置 2 台服务器，服务器选用 IBM 的工业标准化服务器，采用 RAID5 磁盘阵列配置，使由于硬盘故障导致的系统瘫痪的可能性降到最低，操作系统采用 Windows Server 2020 标准中文版，数 据库管理软件选用的是 MS SQL_Server，管控服务器和数据库服务器均采用双机热备配置，保证了系统运行的可靠性。 调度中心的监控操作中心站每一台监控工作站都能实现互相替代，实现的完全冗余，保证用户的操作不受影响。 为了使系统信息层管理网内的客户端能够浏览到煤矿生产相关的信息数据，需要添加服务器用于提供 B/S 访问功能。 应该配置 WEB 安全服务器，安装在信息管理网内，用于提供最终的 WEB 应用发布。 郓城煤矿系统平台选配硬件的技术特点 系统可靠性 系统的高可靠性、高可用性是企业信誉与成功的关键。 本系统 方案提供给用户高可靠、高可用的硬件、软件产品和成熟的技术，如高可用的集群技术、 RAID技术等。 本系统方案中主要设备都应采用冗余配置，如其余的服务器、网络设备，这样硬件配置不存在单点故障，关键设备及系统均实现自动切换或自动接管。 数据库服务器、管控服务器的数据均能够在线备份，从而保证了系统的高可靠性。 系统安全性 本系统所存储和保存的都是关系到综合自动化系统的实时数据，数据的安全性、完整性非常重要。 所以，系统配置了可靠、安全的数据备份和恢复的备份解决方案，并建立完备的网络防护监控体系。 系统可扩展性 在发展迅速 的信息领域，应用环境、系统的硬件或软件都会不断地加以更新。 计算机集群技术 (Cluster)及 多层 体系结构使得我们可以灵活方便地构建和扩充新系统，以达成性能最佳的 “ 数据集中，处理分布 ” 的模式。 软、硬件设备能够平滑升级，磁盘系统、磁带系统都可以方便的进行扩充以实现存储容量的不断增 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 13 页 共 82 页 加。 系统可管理性和可维护性 在分布式 计算 环境中， 整个系统的 高可管理性已成为系统能否成功的关键 ，高可管理性的系统为今后系统维护管理人员提供便利，大大减轻其负担。 本次设计的系统所采用的主要产品均具有可管理性和可维护性，图形化的操作管理界面 ，模块式、抽屉式的结构，维护、维修非常方便。 同时通过集中管理平台，可以帮助用户采取更有效手段完成系统、数据库、存储备份的管理。 郓城煤矿系统平台设备简介 IBM System x系列服务器 要点 机柜优化的 System x 服务器 — 如 IBM System x3650,x3550，配备英特尔至强处理器，并支持英 特尔 64 位内存扩展技术（ Intel174。 EM64T）。 这些机柜密度服务器外观小巧、但不影响性能或可管理性，能够帮助解决数据中心空间紧张问题。 System x 的与众不同和创新 通过技术差分推动创新，是 IBM System x 系统在当前市场中捕获巨大市场份额的原因。 通过投资创新，将基于主机的技术提供给业界标准的市场，同时提供卓越的系统管理产品，这些塔型和机柜优化的 System x 系统呈现出强劲的市场发展势头，不断获得竞争优势，且市场份额不断增加。 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 14 页 共 82 页 特性丰富的功能 全新的 System x 机 柜 密 集 型 服 务 器 采 用 IBM Xtended Design Architecture™ ，以提供全新的业界标准组件，帮助提高 IT 人员的工作效率并降低计算成本。 对于机柜密集型环境， x3550(x336) 和 x346(x346 )提供校准矢量冷却 ™支持，这是一项 IBM 创新技术，可帮助最大限度地提高内存、 I/O 和存储容量，以便获得最高性能，同时提供更高的可用性。 此外，这些系统还配备了集成管理控制器和下拉式光路诊断面板，以便提供可靠的管理。 对于分布式企业，全新的 x3400( x226) 和 x3500(x236 )塔型服务器提供合理的性能及高可用性，如冗余 /热插拔电源和风扇等，通过 RAS II 支持大量的 I/O、存储和远程管理容量。 高性能硬件 高性能的 System x 服务器，如 x3950 配备了高性能的 Intel Xeon 处理器，提供随需应变扩展（ XpandOnDemand）功能，为提高性能提供了简单路径。 您可随需求的增长添加处理器、内存和存储容量。 System x 服务器提供 I/O、内存和处理器的创新优势，可以运行 32 位和 64 位应用程序，从而能提供很好的性能和投资保护。 面向随需应变 成为随需应变企 业意味着发现在动态商业环境中增长、适应和相应的方法，同时管理成本。 System x 系统提供卓越的可用性和系统管理功能，帮助更好的管理和设置您的计算资源，营造能够随业务需求增长的相应性 IT 环境。 Microsoft 解决方案 System x 服务器运行 Windows 操作系统，提供卓越的性能和功能。 System x 支持广泛功能，从为希望一站式采购的客户提供预装 Windows 操作系统的精选产品，到为需要可扩展性及可靠性的客户分发 Datacenter Edition。 利用存储技术 数据是企业的关键 组件。 高效处理数量日益增多的信息是随需应变企业取得成功的关键因素。 IBM TotalStorage174。 产品家族提供广泛的可扩展、开放、创新的存储技术，包括磁盘和磁带存储系统、存储网络解决方案、虚拟化和存储管理软件等。 IBM 可帮助部署并维护存储基础设施，提供旨在提高业务效率和连续性的解决方案，同 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 15 页 共 82 页 时通过自动化帮助提高生产率。 价格合理的 System x 解决方案 System x 系统设计用于适合所有的应用工作负载环境，从入门级、单一处理器 x100 直到企业级 x3950。 本方案中我们将选用 System x 系列中 IBM eServer xSeries 3850 服务器作为管控和数据库服务器。 第 2 章 郓城煤矿基于工业以太环网（赫斯曼）控制层的硬件架构 概述 郓城煤矿是即将基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井水泵自动化、皮带煤流监测等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。 杨营矿井 综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产 、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 16 页 共 82 页 设计综述 郓城煤矿综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化总体规划和杨营矿井综合自动化系统网络建设的现状。 对于郓城煤矿工业综合自动化平台网络系统，此次将考虑在井上、下设置独立的工业以太环网，主链路采用千兆光纤。 在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连 接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。  各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层 ： 建设信息管理网，采用标准 TCP/IP 协议和以太网技术。 实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视 ,为管理决策提供依据。  控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网 +现场工业总线 来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。  设备层： 在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统，将在后续 章节叙述。 工业控制层的网络设备的技术与产品选型 本方案将采用基于以太网 TCP/IP 的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。 技术选择 现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。 为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网 TCP/IP 技术作为整个系统的通信标准。 如有其他类型的通信格式 ，如 RS232， RS485 或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在 IP 网络上进行传送。 以太网 TCP/IP 技术具有以下的优势： 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 17 页 共 82 页  随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。 以太网技术具有相当高的数据传输速率 (目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机 )，能提供足够的带宽；  能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；  支持交互式和开放的数据存 取技术；  沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；  允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。 以太网 早期 存在不确定性和实时性能欠佳的问题， 已通过 智能 交换机 的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入等，基本上得到了解决。 通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构 、设置服务质量（ QOS） 等， 从而保证数据传输的准确性和实时性。 因此本方案选择 工业以太环网 组网技术作为综合自动化控制网的技术选型。 网络产品的选型  综合自动化控制网络产品选择 由于工业环境（如煤矿等行业）的特殊性，普通交换机在抗干扰性能、电磁兼容性、可靠性、可用性、 MTBF 等方面不能完全适应工业环境的要求，且不能形成高速冗余环的连接方式，使用寿命也会大大降低。 因而必须采用工业级的以太网交换机， 本方案采用德国赫斯曼公司的工业以太网交换机系列。 赫斯曼产品特点： 有工业级核心交换机，带宽万兆级别可承上启下，无信息传输瓶颈。 可以建立多环，系统带宽随环数倍数增加，方便扩容。 交换机电磁兼容性、工作温度、平均工作时间等指标是其他设备无法达到的。 德国赫斯曼公司的工业以太网交换 机 MICE 系统产品均为工业级以太网设备。 它们采用牢靠的重负荷设计，其性能指标远远超过一般的 OA 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。 德国赫斯曼网络产品还支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式，如（单）环 天地（常州）自动化股份有限公司 郓城煤矿全矿井综合自动化技术方案 第 18 页 共 82 页 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。 所有冗余结构在切换时，已传递的数据延迟小于 50ms，不会造成数据丢失的问题。 郓城煤矿冗余工业以太网网络设计 综述 随着以太网技术的不断发展，它不仅在办公自动化领域而且在工业自动化场合得到了广泛应用，许多控 制器、 PLC、智能仪表、 DCS 系统已经带有以太网接口，这些都标志着工业以太网已经成为真正开放互连的工业网络的发展方向。 采用的基于工业以太网的集成式全分布控制系统，具有高度的分散性、实时性、可靠性、开放性和互操作性的特点，因此， 本方案采用工业以太网技术进行综合自动化控制网的设计。 郓城煤矿工业以太网的特点及安全要求 虽然脱胎于 Intra、 Inter 等类型的信息网络，但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完整性有很高的要求。 （ 1）工业以太网是一个网络控制系统，实时 性要求高，网络传输要有确定性。 （ 2）整个企业网络按功能可分为处于管理层的通用以太网和处于监控层的工业以太网以及现场设备层（如现场总线）。 管理层通用以太网可以与控制层的工业以太网交换数据，上下网段采用相同协议自由通信。 （ 3）工业以太网中周期与非周期信息同时存在，各自有不同的要求。 周期信息的传输通常具有顺序性要求，而非周期信息有优先级要求，如报警信息是需要立即响应的。 （ 4）工业以太网要为紧要任务提供最低限度的性能保证服务，同时也要为非紧要任务提供尽力服务，所以工业以太网同时具。