矿场安防系统光纤自愈以太网方案

1、矿场安防系统光纤自愈以太网方案日期：2010-9-7矿场安防系统传统技术比较成熟，主耍包括电视临控系统。前端点葩中央控制室较近的-般采川电缆传输，当距离超过500m 时，一般采用点对点的基带非压缩的视频、数据、音频光端机，将前端的视频、报警、音频信号传输至监控中心，同时将监控 中心对摄像机云台、镜头的控制信号传至前端。一、周界系统光纤自愈以太网环网新方案针对矿场安防系统传统的点对点传输解决方案的固有缺陷，徃矿场周界监控系统屮，木文采用基于集散控制系统概念的工 业以太网环网系统。该系统貝有高度的分散性、实时性、可靠性、开放性和可操作性，同时也可以做到数据、语音和视频“三 网合一”。它采用统-的t

2、cp/ip协议，避免了不同协议间难以通讯的困扰；可以直接和局域网的计算机互连，可以通过网络访 问终端数据：采用光缆，减少了布线难度：选用工业级的以太网设备组网，増强了对环境的适应性。1、光纤工业以太网以太网（ethernet）以前主要应用于办公自动化，是在20世纪70年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆 作为网络媒体。目前通川的以太网标准ieee802. 3使用了 csma/cd传输协议。任何需要传输数据的节点首先要临听网络，网络 空闲时发送数据，发送数据时继续监听，检测到冲突时立即停止发送并发出一个强化冲突的干扰信号，通知所有节点网络已经 发生冲突，此时冲突各方主动退避，随机等待一

3、段时间后再重新监听网络。交换式以太网是根据提窩以太网的传输速率，尽可能减少总线竞争的思想开发出的新型以太网。所冇节点都分别连接到一 个交换式集线器的端口上，交换式集线器内置一个复杂的交换阵列，任意两个端口都可以建立一个传输通道,以标称传输速度、 传输数据。随着以太网通信速率的提高、全双工通倍、交换技术的发展，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。 所谓工业以太网，一般來讲是指技术上与商用以太网（即teee802. 3标准）兼容，但在材质的选用、产品的强度、适用性以及 实时性、町互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。在产品设汁时，首先考虑的是高温、潮湿、

4、震动;其次看是否能方便地安装在工业现场控制柜内；再次是使用低压交流或直流电源。emc的要求随工业环境对em1和esd 耍求的不同而变化。h前工业以太网的应用已取得下述成果：（1）针对工业现场设备间通信具冇实时性强、数据信息短、周期性较强等特点和要求，基本解决了以太网应用于现场设备 间通信的关键技术。 实时通信技术采用以太网交换技术、全双工通信、流最控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈 软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性。可以实现双兀余环 网的组网。 采用育流电源耦合、电源兀余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的

5、以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。 采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤传输技术解决以a网的远距离传输问题。 采用控制区域微网段化，齐控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与 其他区域之.间的逻辑上的网络隔离。 采用分散结构化设计、emc设计、冗余、自诊断等可靠性设计技术。（2）起草了 “用于工业测量与控制系统的epa系统结构和通信标准”（草案）。针对工业现场控制应用的特点，通过采用软、碾件抗干扰、emc设计措施，己开发出了基于以太网技术的传输和控制设 备。2、集散控制系统集散控制系统（dcs）是一个由过程控制级和过程监控级组成

6、的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本思想是集中操 作、分散控制、分级管理、配置灵活、纽态方便。dcs具有以下特点：髙可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性和控制 功能齐全及町以实现更高级的集屮管理功能。目前在国内，工业以太网已经成功应用丁-很多集散控制系统的工业现场。有以上技术作依托，光纤以太网环网应川丁-矿场 周界系统的传输中成为可能。二、新方案系统组成监控i机蚀i渔績 例也h务2s21、网络结构1000h级联核心交换机亥心交换机i<<mi6fl有460个不等距离分布的节点（摄像机），连接到控left图1：光纤以太网环网传输拓扑图卜而以某矿场安防系统作 介绍。该矿场安防系

7、统全长为115公里,制中心共计80台mte-5310交换机形成5个兀余t兆光纤环网（单模光纤）,这样冇利丁均衡负载冇效使用网络带宽,5个环网通过5条单模光纤与控制屮心的m1er-3824t兆核心交换机上联，m1er-3824使用1000m网i i与存储服务器连接，前端每个节点连接6路网络视频和8路rs485控制信号(通过一台me-c1088串口服务器接入)。然后将所冇的视频数据存储于屮心四台存储服务 器。如果在系统工作时连接介质发生故障，环形结构将在小丁-300ms时间内切换网络工作拓扑结构。从而保证了系统的可靠性。 而且在同样的兀余度下，兀余环网结构不仅减少了风险，更降低了实现成本。2、网络

8、设备(1) 前端设备mie-5310交换机具有2个兀余的1000mbit/s光口，利用兀余光纤接i i,可以组成光纤自愈坏网，系统在重新组态时兀余倒换 时间小丁-300ms,另可捉供1个1000m ±联口与核心交换机上联，7个普通的10/100basc-t的双绞线端口。6路视频信号通过网络 摄像机接到mie-5310的6个100m网口上。由丁具有|适应功能，每个端口能自动的设置到10base-tx或100base-tx状态及全双 工或半双工的运行模式。提供24v电源冗余，増强了网络及系统的可媒性。me-c1088串口服务器可提供8个rs485接口,用于控制摄像机的云台和防尘刷，占用m

9、ie-5310的个10/100m网络接口。 前端的每一个环网均使用1000m链路与中心上联,每个上联11带宽约为600mbpso 示意图如下：上联(帯宽约600mbps)mie 5310 mie 5310*5门r&imii 千兆自愈环 i mie-5310mie-5310 mie-53i0抿像机 扭像机 摄像机扭像机 册像机 投像机100m网络(2) 核心交换机一存储服务器中心使川两台mier-3824核心三层千兆交换机，川丁汇集5个环网的视频，四台存储服务器与核心交换机使川1000m端口连 接。每存储服务器汇集115个节点的视频涪号，在每个节点速率在6mbps时，每台存储服务器负载的

10、数据流量约为700mbpso mter-3824的背板带宽为64gbps,可保证正常通信。五、新方案系统功能：(1) 毎个节点提供6个100m以a网口，用于传输6路视频。(2) 每个节点通过he-c1088捉供8个rs485数据口川丁-控制云台及除尘设备，每个rs485口负责一个摄像机。(3) 中心端两台千兆核心交换机背板带宽为64gbps,每个端口均可提供1000mbps的通信速率，负责所有摄像机视频的安 全传输。(4) pq台存储服务器每台负责存储115台摄像机的视频，并将460台摄像机分为5个光纤环网來传输，达到均衡负载的日的。(5) 管理人员可以在中心端实时监控单个摄像头的监视情况。六

11、、冗余环网工作原理工业兀余环网可以在恶劣环境下，实现数据传输的稳定性、可靠性和实时性。(1) 物理连接上成环型。(2) 工作时整个网络成链状结构，有一段不传输数据，只传输环上设备各自的状态。环上的毎一个设备都知道并随时向 其他设备报告自己的状态。一旦有一段网络发生故障，临近的交换机会马上通知其他交换机，以极短的时间将这一信息传遍全 网。作为“根”的交换机就会实行切换,就是原来没有数据通过的那段链路马上进行数据传输“整个切换时间为300亳秒。幣 个网络还足呈链状工作状态，实现兀余。当损坏的网络修复后，网络恢复到初始工作状态。(3) 一条光纤链路发生故障时网络重:构方案如图2所示，当主环光纤链路出

12、现故障时，副环h动启动，接替主环的工作使 通信系统正常运行。故障修复后系统门动恢复。(4) 两条光纤链路同时发生故障如图3所示，此时rtu 1及rtu 2两处的光端机会口动将光纤链路环回，形成两个独立的环形网，从而实现链路的|'1愈，使系统保持匸常的运行。待故障解除后光端机会门动恢复到原来的匸作方式。图3-七、本系统优势分析木周界系统的传输平台方案是基于二层交换和三层路山的方案，其优势十分明显。一是巨大的网络基础和长期的经验知识，以 及h前所有流行的操作系统和应用也都与之兼容；二因以太网是标准技术，具有广泛的软观件支持，性能价格比好，初始成本 和运营成本均较低。另外，以太网的扩展性好，

13、且可靠性较高。以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆 和各种光纤等不同传输媒体接口，避免了重新布线的成本。因此，非常适用于矿场周界系统的传输，方便矿场周界建设的组网 要求。从结构上看，以太网周界系统以端到端解决方案面日出现，消去了其他解决方案所必不町少的网络边界处的格式变换。从管理 上看，由于同样的系统町以应用在网络的各个层面上，网络管理可以大大简化。因此，满足了矿场周界系统不断建设和不断引 进新技术和新设备的要求。本周界系统的传输平台还有以下技术优势：(1) 冗余切换技术兀余技术能在50ms内检测到网络屮所冇设备的状态，并通知到所有网员，保证网络在300ms内完成网络重构。(2) 双纤双网兀余技术采川冗余切换的技术的设备，可以完成双纤冗余网络、双纤双网兀余。所有节点互为备份的工业交换机可以采用特定的接口进 行互连。形成多网孔的结构，以保证网络上所有节点在任何状态下具有安全