下面以某礦場安防系統(tǒng)作一介紹。該礦場安防系統(tǒng)全長為11.5公里，有 460個(gè)不等距離分布的節(jié)點(diǎn)(攝像機(jī))，連接到控制中心共計(jì)80臺MIE-5310交換機(jī)形成5個(gè)冗余千兆光纖環(huán)網(wǎng)(單模光纖)，這樣有利于均衡負(fù)載有效使用網(wǎng)絡(luò)帶寬，5個(gè)環(huán)網(wǎng)通過5條單模光纖與控制中心的MIER-3824千兆核心交換機(jī)上聯(lián)，MIER-3824使用1000M網(wǎng)口與存儲服務(wù)器連接，前端每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接6路網(wǎng)絡(luò)視頻和8路RS485控制信號(通過一臺ME-C1088串口服務(wù)器接入)。然后將所有的視頻數(shù)據(jù)存儲于中心四臺存儲服務(wù)器。

　　如果在系統(tǒng)工作時(shí)連接介質(zhì)發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于300ms時(shí)間內(nèi)切換網(wǎng)絡(luò)工作拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從而保證了系統(tǒng)的可靠性。而且在同樣的冗余度下，冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)不僅減少了風(fēng)險(xiǎn)，更降低了實(shí)現(xiàn)成本。

　　2、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

　　(1)前端設(shè)備

　　MIE-5310交換機(jī)具有2個(gè)冗余的1000Mbit/s光口，利用冗余光纖接口，可以組成光纖自愈環(huán)網(wǎng),系統(tǒng)在重新組態(tài)時(shí)冗余倒換時(shí)間小于300ms，另可提供1個(gè)1000M上聯(lián)口與核心交換機(jī)上聯(lián)，7個(gè)普通的10/100Base-T的雙絞線端口。6路視頻信號通過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接到MIE-5310的6個(gè)100M網(wǎng)口上。由于具有自適應(yīng)功能，每個(gè)端口能自動的設(shè)置到10BASE-TX或100BASE-TX狀態(tài)及全雙工或半雙工的運(yùn)行模式。提供24V電源冗余，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的可靠性。

　　ME-C1088串口服務(wù)器可提供8個(gè)RS485接口，用于控制攝像機(jī)的云臺和防塵刷，占用MIE-5310的1個(gè)10/100M網(wǎng)絡(luò)接口。

　　前端的每一個(gè)環(huán)網(wǎng)均使用1000M鏈路與中心上聯(lián)，每個(gè)上聯(lián)口帶寬約為600Mbps。

　　示意圖如下：

　　中心使用兩臺MIER-3824核心三層千兆交換機(jī)，用于匯集5個(gè)環(huán)網(wǎng)的視頻，四臺存儲服務(wù)器與核心交換機(jī)使用1000M端口連接。每存儲服務(wù)器匯集115個(gè)節(jié)點(diǎn)的視頻信號，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)速率在6Mbps時(shí)，每臺存儲服務(wù)器負(fù)載的數(shù)據(jù)流量約為700Mbps。MIER-3824的背板帶寬為64Gbps，可保證正常通信。

　　新方案系統(tǒng)功能

　　(1)每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供6個(gè)100M以太網(wǎng)口，用于傳輸6路視頻。

　　(2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過ME-C1088提供8個(gè)RS485數(shù)據(jù)口用于控制云臺及除塵設(shè)備，每個(gè)RS485口負(fù)責(zé)一個(gè)攝像機(jī)。

　　(3)中心端兩臺千兆核心交換機(jī)背板帶寬為64Gbps，每個(gè)端口均可提供1000Mbps的通信速率，負(fù)責(zé)所有攝像機(jī)視頻的安全傳輸。

　　(4)四臺存儲服務(wù)器每臺負(fù)責(zé)存儲115臺攝像機(jī)的視頻，并將460臺攝像機(jī)分為5個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)來傳輸，達(dá)到均衡負(fù)載的目的。

　　(5)管理人員可以在中心端實(shí)時(shí)監(jiān)控單個(gè)攝像頭的監(jiān)視情況。

　　冗余環(huán)網(wǎng)工作原理

　　工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)可以在惡劣環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性。

　　(1)物理連接上成環(huán)型。

　　(2)工作時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)成鏈狀結(jié)構(gòu)，有一段不傳輸數(shù)據(jù)，只傳輸環(huán)上設(shè)備各自的狀態(tài)。環(huán)上的每一個(gè)設(shè)備都知道并隨時(shí)向其他設(shè)備報(bào)告自己的狀態(tài)。一旦有一段網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，臨近的交換機(jī)會馬上通知其他交換機(jī)，以極短的時(shí)間將這一信息傳遍全網(wǎng)。作為“根”的交換機(jī)就會實(shí)行切換，就是原來沒有數(shù)據(jù)通過的那段鏈路馬上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)切換時(shí)間為300毫秒。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)還是呈鏈狀工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)冗余。當(dāng)損壞的網(wǎng)絡(luò)修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到初始工作狀態(tài)。

　　(3)一條光纖鏈路發(fā)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案如圖2所示，當(dāng)主環(huán)光纖鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，副環(huán)自動啟動，接替主環(huán)的工作使通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。故障修復(fù)后系統(tǒng)自動恢復(fù)。

　　(4)兩條光纖鏈路同時(shí)發(fā)生故障如圖3所示，此時(shí)RTU 1及RTU 2 兩處的光端機(jī)會自動將光纖鏈路環(huán)回，形成兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)形網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)鏈路的自愈，使系統(tǒng)保持正常的運(yùn)行。待故障解除后光端機(jī)會自動恢復(fù)到原來的工作方式。

　　本系統(tǒng)優(yōu)勢分析

　　本周界系統(tǒng)的傳輸平臺方案是基于二層交換和三層路由的方案，其優(yōu)勢十分明顯。一是巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長期的經(jīng)驗(yàn)知識，以及目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都與之兼容;二因以太網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，具有廣泛的軟硬件支持，性能價(jià)格比好，初始成本和運(yùn)營成本均較低。另外，以太網(wǎng)的擴(kuò)展性好，且可靠性較高。以太網(wǎng)是與媒體無關(guān)的承載技術(shù)，可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口，避免了重新布線的成本。因此，非常適用于礦場周界系統(tǒng)的傳輸，方便礦場周界建設(shè)的組網(wǎng)要求。

　　從結(jié)構(gòu)上看，以太網(wǎng)周界系統(tǒng)以端到端解決方案面目出現(xiàn)，消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡(luò)邊界處的格式變換。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層面上，網(wǎng)絡(luò)管理可以大大簡化。因此，滿足了礦場周界系統(tǒng)不斷建設(shè)和不斷引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備的要求。

　　本周界系統(tǒng)的傳輸平臺還有以下技術(shù)優(yōu)勢：

　　(1)冗余切換技術(shù)

　　冗余技術(shù)能在50ms內(nèi)檢測到網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的狀態(tài)，并通知到所有網(wǎng)員，保證網(wǎng)絡(luò)在300MS內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

　　(2)雙纖雙網(wǎng)冗余技術(shù)

　　采用冗余切換的技術(shù)的設(shè)備，可以完成雙纖冗余網(wǎng)絡(luò)、雙纖雙網(wǎng)冗余。所有節(jié)點(diǎn)互為備份的工業(yè)交換機(jī)可以采用特定的接口進(jìn)行互連。形成多網(wǎng)孔的結(jié)構(gòu)，以保證網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)在任何狀態(tài)下具有安全完整的路由。

　　(3)雙主站備份功能

　　系統(tǒng)可以配置為局端、遠(yuǎn)端和備份局端。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障導(dǎo)致局端失效，備份局端在0.2秒之內(nèi)自動升為局端，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行;一旦網(wǎng)絡(luò)故障排除，原來的局端恢復(fù)正常工作，備份局端站會返回備份局端的狀態(tài)。

　　結(jié)束語

　　本文以工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，較為詳細(xì)的敘述了光纖工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)在礦場周界集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，論述了系統(tǒng)的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。本文對礦場周界系統(tǒng)的傳輸平臺建設(shè)有一定的實(shí)用價(jià)值。

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