威努特赋能智慧矿山万兆环网，铸就高速可靠网络基石

科技 2024-10-18 08:01 北京

引言

智慧矿山作为现代矿业发展的重要方向，通过引入物联网、大数据、人工智能等技术，实现了矿山的数字化、智能化和高效化。而在智慧矿山建设中，工业环网作为关键的基础设施，决定了整个系统的性能、稳定性和安全性。本文将详细介绍智慧矿山工业环网的建设内容、技术要求和实际应用案例，探讨如何构建高效、可靠的工业环网，助力智慧矿山的发展。

智慧矿山的背景与需求

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智慧矿山概述：

智慧矿山是通过信息化和智能化技术手段，对矿山资源进行高效、安全、绿色的开发和利用。其核心目标是提高矿山生产效率、保障安全生产、实现可持续发展。智慧矿山主要包括以下几个方面：

1. 智能采矿：利用自动化设备和系统，实现采矿过程的无人化和远程控制。

2. 智能选矿：通过智能化设备和控制系统，提高选矿效率和产品质量。

3. 智能运输：应用自动驾驶技术和智能调度系统，优化矿产品运输。

4. 智能安全：通过物联网技术，实时监测矿山环境和设备状态，预防事故发生。

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政策背景

根据国家能源局发布智能化煤矿验收管理办法（试行）的要求，其中必备指标要求指出：

矿井主干网络传输速率应不低于10000Mbps，地面环网与井下环网分别布设，生产系统、安全监控系统、视频监控系统独立组网（不共用同一芯光纤），满足网络传输速率与安全要求。

图1智能化煤矿验收中关于通信网络的要求指标项

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工业环网在智慧矿山中的作用：

工业环网是智慧矿山的中枢神经系统，负责数据的采集、传输和处理。它将矿山各个环节的设备和系统连接起来，实现数据的实时传输和共享，为智能决策提供可靠的数据支持。具体来说，工业环网在智慧矿山中的作用包括：

1. 数据采集：实时采集矿山生产过程中的各类数据，包括设备状态、环境参数、生产指标等。

2. 数据传输：将采集到的数据传输到中心控制室或数据中心，确保数据的及时性和完整性。

3. 数据处理：对传输的数据进行分析处理，为智能控制和决策提供支持。

4. 系统集成：将矿山的各类子系统（如采矿、选矿、运输、安全等）集成起来，实现统一管理和协调。

智慧矿山工业环网的技术要求

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高可靠性与稳定性

矿山环境复杂，设备种类繁多，对工业环网的可靠性和稳定性提出了严峻挑战。工业环网必须能够在恶劣环境下长期稳定运行，避免因网络故障导致生产中断或安全事故。具体要求包括：

1. 硬件可靠性：工业环网设备应具备抗振动、抗冲击、防尘、防水等能力，适应矿山恶劣环境。

2. 冗余设计：通过冗余设计（如双环网结构、冗余电源等），提高网络的容错能力，确保单点故障不会影响整体网络的运行。

3. 网络冗余协议：采用快速生成树协议（RSTP）、环网协议（ERPS）等，提高网络的快速恢复能力，确保网络故障时数据传输的连续性。

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高带宽与低延迟

智慧矿山需要传输大量的实时数据，包括高清视频监控、传感器数据、设备状态信息等，因此对工业环网的带宽和延迟提出了高要求。具体要求包括：

1. 高带宽：工业环网应支持万兆以上的传输速率，满足大数据量的传输需求。

2. 低延迟：确保数据传输的实时性，特别是在需要实时控制和监测的场景中，低延迟至关重要。

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高安全性

矿山生产对网络安全有着严格要求，工业环网必须具备完善的安全防护措施，防止网络攻击和数据泄露。具体要求包括：

1. 网络隔离：通过虚拟局域网（VLAN）等技术，将不同业务系统隔离开，防止相互干扰和攻击。

2. 访问控制：通过防火墙、访问控制列表（ACL）等技术，限制网络访问权限，确保只有授权设备和人员才能访问网络。

3. 数据加密：对传输的数据进行加密，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。

智慧矿山工业环网的建设方案

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网络拓扑设计

图2 智慧矿山万兆环网架构

网络结构采用万兆光纤环形工业以太网，传输介质为单模光纤，采用工业以太网交换机进行数据交换。根据矿井工业以太环网系统需承载的业务及数据流量分析，考虑未来网络业务的扩展性，设计整个工业网络系统，井下、地面选用三层万兆交换机各组成2个万兆光纤环网。其中井下万兆光纤环网具备本质安全设计，满足井下隔爆兼本安要求；

图3 煤炭开采-井下子系统，防爆箱中应用场景

井上采用地面万兆光纤环网。每个环网中出两条上联万兆链路分别于核心交换机的主、备交换机相连，核心层采用两台高性能三层设备为核心，通过万兆端口将两台设备级联，通过VRRP协议实现双机热备，保证数据可靠的传输,和地面、井下、控制中心共同组成一个万兆网络平台。建设一套高可靠、高带宽和高安全性的数据传输光纤环形工业以太冗余网络平台。

在此基础上再通过接入层交换机到达应用现场。设计建设带宽为10Gbps骨干环网，建立矿山高速、开放、安全、可靠的矿井以太环网传输平台，解决生产自动化子系统传输物理通道和接入问题；对子系统进行数据采集、处理、存储、发布，完成一个信息集中管控/网络发布平台，同时，使用WNT-NSMS网络管理软件，通过SNMP协议对威努特研发生产的WIS系列交换机管理、监控；用户可实时看到矿山安全、生产实时信息。

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设备选型与部署

根据煤矿的实际情况并结合相关规范标准，部署主干环网交换机选择威努特工业交换机产品。煤矿数据中心选择万兆交换机作为核心工业以太网交换机。

万兆核心交换机：

整个环网平台通过核心交换机 WES8506 或 WES8510 的 VRRP 协议实现双机热备。

图4 威努特8500系列交换机

威努特8500系列交换机进一步融合了 IPv6、MPLS VPN、网络安全、流量分析、虚拟化等多种网络业务，结合不间断升级、不间断转发、优雅重启、冗余保护等多种高可靠性技术，从而保证了网络最长时间的不间断通信能力。

接入层万兆交换机

地面、井下接入层采用三层高性能交换机 WIS6300 系列万兆工业交换机分别组成井下 1 个环网、井上 1 个环网，每个环网开启基于 IEC62439-2 分布式冗余环网协议 WNT-RING，环网倒换时间小于 20ms。各环网与核心交换机互联的端口开启 WNT-RING+协议，与核心交换机互联的两条通道互为备份，任意一条断开，数据可在 20ms 内切换至另外一条通道转发。

图5 威努特6300系列交换机

WIS6300 系列工业交换机中的所有型号都使用统一的光模块和操作系统软件，形成了能够适应未来发展的体系结构，由于能提供操作一致性，因而能提高设备的利用率。在提供稳定、可靠、安全的高性能服务基础上，进一步提供了业务流分析、基于策略的 QoS，可控组播等智能的业务优化手段，具有高带宽，支持 VLAN，方便进行维护和管理，适用于大型工业网络应用。

威努特工业交换机的技术创新

威努特始终致力于技术创新，不断提升工业交换机的性能和功能，以满足智慧矿山建设的需求。

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先进的硬件设计

威努特工业交换机采用先进的硬件设计，包括高性能处理器、大容量内存和高速端口，确保设备在高负荷下的稳定运行。威努特模块化工业交换机是北京威努特技术有限公司针对恶劣工业网络环境研发的高性能、高端口密度、高可靠性的三层千兆以太网交换机。它基于国产自主可控的交换芯片和威努特软件平台，采用全自主可控电子元器件，满足100%国产自主可控需求，并具备强互联功能。最大配置支持24个Combo口、8个SFP+端口、3个模组化板卡插槽和2路高压电源，能在-40℃~85℃环境下运行，符合电力EMC 4级A标准，采用无风扇散热和IP40防护等级，具有核级抗强振动能力。本质安全型工业交换机是专为煤炭井下隔爆兼本安应用场景设计的工业以太网交换机。它采用工业级高可靠器件和硬件结构，搭载威努特自主知识产权的软件平台，为多变场景提供高可靠的通讯解决方案。

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智能化的软件功能

威努特工业交换机内置智能化的软件功能，包括网络管理、故障诊断、安全防护等，帮助用户实现高效的网络管理和维护。

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强大的兼容性与扩展性

威努特工业交换机支持多种网络协议和标准，具备良好的兼容性和扩展性，能够与矿山现有的各类设备和系统无缝对接，满足未来网络扩展的需求。

结语

威努特工业交换机凭借其卓越的性能和可靠性，在智慧矿山万兆环网建设中发挥了重要作用。通过构建高性能的网络基础设施，威努特助力矿山企业实现了生产管理的智能化、信息化和高效化。

威努特推出的100%国产化交换机，打破了行业限制，广泛应用于多个领域，助力各行业的智能化转型与数字化升级。展望未来，威努特将继续推进技术创新，推出更高性能的工业交换机产品，适应不同用户现场的需求。威努特将始终与客户携手共进，推动智慧建设迈上新的台阶。

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