吳寧波

（中煤西安設(shè)計工程有限責任公司，陜西西安 710054）

0.引言

國家層面近年一直在5G、智能化和智慧化方面高速方面，煤礦作為國家基礎(chǔ)能源，其經(jīng)歷了低效開采的漫長過程，行業(yè)安全問題頻發(fā)，工業(yè)智能化進入煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)是行業(yè)勢不可擋的方向。建設(shè)智能化礦井增效減員，已經(jīng)作為國家戰(zhàn)略，引領(lǐng)著行業(yè)向前推進。當前煤礦智能化系統(tǒng)主要圍繞著生產(chǎn)安全、降本增效、至簡體驗的理念，構(gòu)建煤礦智慧化場景。智能化礦井的建設(shè)從基礎(chǔ)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層和管理層都得到了高效的發(fā)展，隨著許多項目的落地實施，同步暴露出了許多現(xiàn)實問題。本文主要從智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺的設(shè)計組建和實施中的突出問題出發(fā)，概述了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建方案，平臺的實施環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺調(diào)試的重難點和實施流程等內(nèi)容。

1.智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計方案

智能化礦井信息層分為設(shè)備感知層、信息基礎(chǔ)設(shè)施、綜合管控層和經(jīng)營決策層，礦井網(wǎng)絡(luò)在其中貫通各層數(shù)據(jù)，為煤礦智能化綜合管控平臺和大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)安全運行保駕護航。礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前在應(yīng)用層面主要分為生產(chǎn)通信網(wǎng)、安全監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)、視頻網(wǎng)和管理網(wǎng)。其中生產(chǎn)通信網(wǎng)、安全監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)和視頻網(wǎng)屬于生產(chǎn)層面的網(wǎng)絡(luò)，管理網(wǎng)是礦井綜合辦公管理層面的網(wǎng)絡(luò)。整個智能化礦井的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含上述4個網(wǎng)絡(luò)，將上述網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，共同組成了智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺[1]。在這個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺搭建方案設(shè)計時，會根據(jù)自身需求和功能不同其方案選擇會有所不同。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺方案的設(shè)計和比選是智能化礦井網(wǎng)絡(luò)平臺搭建的第一步，也是智能化礦井的基石，所以必須確保網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺的經(jīng)濟實效、先進可靠。

1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺方案

根據(jù)近年網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實踐應(yīng)用，目前主流的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有星形、環(huán)形、雙星形、雙環(huán)形等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，項目實際情況不同可以自由組成多種冗余網(wǎng)絡(luò)，也可以選擇單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對上述幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點比較見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比表

根據(jù)以上4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比，可以看出每一種方案都有其優(yōu)缺點，在設(shè)計時可以根據(jù)項目實際情況進行單一選擇或組合選擇網(wǎng)絡(luò)形式。

1.2 方案比選

從上述4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對比可以了解到，在智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案比選時，可以從網(wǎng)絡(luò)安全角度、冗余時間角度和成本角度考慮，不管選擇何種方案都要統(tǒng)籌考慮。根據(jù)現(xiàn)行智能化礦井的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺搭建實施來統(tǒng)計，目前國內(nèi)主要礦井主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較多，支線采用星型結(jié)構(gòu)，這種架構(gòu)約占智能化礦井項目的90%，剩余礦井采用多種網(wǎng)絡(luò)形式組合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對某些特殊的行業(yè)會選擇應(yīng)用較少的雙環(huán)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)平臺以其冗余性和成本低成為當前主要的設(shè)計選擇方案。在項目實施時，多數(shù)項目設(shè)計在生產(chǎn)通信網(wǎng)、安全監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)和視頻網(wǎng)中優(yōu)先采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。在管理網(wǎng)設(shè)計比選時，因為管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)布局廣，涉及的點多，星形網(wǎng)絡(luò)以其布線簡單，管理萬便，直接通過背板交換，交換速度快的優(yōu)點得到項目的青昧。圖1是某智能化礦井的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓撲圖。

圖1 智能化礦井生產(chǎn)網(wǎng)到管理網(wǎng)拓撲圖

從上面拓撲圖中可以看出，其中很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都涉及環(huán)形結(jié)構(gòu)，在配置環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)時要注意設(shè)備選擇。在項目實施過程中，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺設(shè)備都由幾家設(shè)備組成，國內(nèi)很多廠家設(shè)備在配置環(huán)形結(jié)構(gòu)時都不支持不同廠家設(shè)備組環(huán)協(xié)議，致使在項目實際實施中很多項目都在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了很大的變化，將本身設(shè)計的環(huán)形結(jié)構(gòu)變成了星型結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)安全運行產(chǎn)生嚴重威脅。

要解決上述問題，需要在設(shè)備招標過程中明確設(shè)備功能，并描述清楚設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的位置，必要時可以附網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)拓撲圖，以確保投標單位理解設(shè)備的使用位置和功能，用滿足設(shè)計條件的設(shè)備進行投標，以保證整個網(wǎng)絡(luò)平臺搭建完整。

2.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺項目實施環(huán)境

2.1 項目需求

在項目可研和初設(shè)階段，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺選擇，是通信設(shè)計人員的主要考慮方面，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要整體考慮現(xiàn)階段的應(yīng)用需求，還要考慮未來的擴容需求。項目在前期時，項目需求作為基礎(chǔ)調(diào)研資料，需要現(xiàn)場設(shè)計調(diào)研人員認真調(diào)研，綜合分析客戶和項目實際情況，最終制訂符合項目實際需求的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺，為下一步設(shè)備選型做好基礎(chǔ)工作。通過調(diào)研統(tǒng)計目前國內(nèi)90%智能化礦井的網(wǎng)絡(luò)平臺主要選擇環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，調(diào)研中了解到項目在網(wǎng)絡(luò)選擇上會考慮安全、穩(wěn)定、維護簡單方便和投資少等方面，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)安全和投資費用角度都得到普遍的認可。

2.2 項目環(huán)境

每個項目面對的環(huán)境不同，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇上環(huán)境因素也是一項主要需要考慮點。設(shè)計人員應(yīng)充分分析網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行環(huán)境，有針對性地選擇適應(yīng)項目所在地自然和生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)備，根據(jù)運行環(huán)境的溫度、濕度和粉塵等條件，合理比選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案和設(shè)備型號，特別是礦井一些濕度、腐蝕性和粉塵嚴重的地方，在設(shè)備層面不能克服時，可以考慮機柜正壓通風或者人為搭建一些密閉控制室等措施。不管項目環(huán)境如何設(shè)計人員在整體考慮方案時，網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定是一種行業(yè)公認的基礎(chǔ)條件，需要優(yōu)先考慮并應(yīng)用。

2.3 項目資金

項目資金其實在一定程度上直接影響項目設(shè)計方案的選擇結(jié)果，資金充裕的項目在搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺時，對方案選擇人員將是一種精神上的支持，這種項目可以充分發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造力，可以激發(fā)設(shè)計人員的設(shè)計潛能，對我國的智能化礦井的建設(shè)起到積極加速推動的作用。在國內(nèi)部分大型礦井在智能化網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)上，給予了很多的資金傾向，設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺組合了多種網(wǎng)絡(luò)形式，充分吸取了各種網(wǎng)絡(luò)形式的優(yōu)缺點，打造了先進的智能化乃至智慧化礦井神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)礦井建設(shè)奠定了堅實的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺，確保了智能化礦井安全、生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲的通信安全和各系統(tǒng)的互聯(lián)、互通和互操作的穩(wěn)定。

3.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺調(diào)試難點

3.1 施工水平

在項目現(xiàn)場實施時，施工作業(yè)水平將對項目的維護調(diào)試產(chǎn)生嚴重影響，一個優(yōu)秀的施工成果，在一定程度上給人一種工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)美的享受，所以在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺的施工時，優(yōu)先選擇有豐富經(jīng)驗的項目作業(yè)團隊。其標準化的作業(yè)水平，對整個機房的設(shè)備安裝布局、線纜敷設(shè)固定和線纜標簽的制作，都有嚴格的標準，最終保證了項目達到高標準化的數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)結(jié)果。

3.2 調(diào)試專業(yè)

隨著社會專業(yè)分工的細化，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺調(diào)試過程中會涉及多個專業(yè)的工程師，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺在搭建時將需要網(wǎng)絡(luò)工程師、通信工程師、控制工程師，項目規(guī)劃工程師。上述工程師從多方面、多維度對平臺進行調(diào)試，最終使平臺滿足項目現(xiàn)場安全通信需求，在這過程中，網(wǎng)絡(luò)工程師主要負責平臺硬件線路的搭建實施；通信工程師主要負責基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)平臺之間的數(shù)據(jù)共享通信；控制工程師主要負責基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的挖掘、開發(fā)和發(fā)送；項目規(guī)劃工程師主要負責整個網(wǎng)絡(luò)平臺的整體規(guī)劃，通信協(xié)議標準開放。在項目實施時，項目管理團隊需要統(tǒng)籌考慮，通過合理的規(guī)劃項目工期計劃整體協(xié)調(diào)各專業(yè)工程師進場時間，有效地保證網(wǎng)絡(luò)平臺的調(diào)試工作的順利實施，為后續(xù)的大數(shù)據(jù)平臺和綜合管控系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)[2]。在調(diào)試過程中，需要注意現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的一些不在設(shè)計中的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)鏈路，避免非設(shè)計環(huán)形鏈路引起的數(shù)據(jù)通信風暴。同時還需注意網(wǎng)絡(luò)IP地址的規(guī)劃，在整個網(wǎng)絡(luò)中合理規(guī)劃和使用IP地址，避免因為IP地址沖突引起的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信故障。

3.3 整體控制

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺的建設(shè)實施時設(shè)計和調(diào)試人員應(yīng)站在全局的高度，統(tǒng)籌規(guī)劃、整體控制。智能化礦井建設(shè)將在確保安全可靠的前提下，選用先進網(wǎng)絡(luò)平臺，在調(diào)試過程中充發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信的先進性。同時，充分考慮用戶需求，選型要經(jīng)濟適用，并具有較好的兼容能力和擴充、升級能力。通過整體控制從可研、設(shè)計、采購到施工全面把控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，考慮現(xiàn)場，統(tǒng)籌未來，建成具有時代特點的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。

4.智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺現(xiàn)場實施流程

4.1 詳細設(shè)計

在智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺現(xiàn)場實施中，首先面對的問題就是詳細設(shè)計，在可研和初設(shè)階段已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)平臺的方案基本確定，在項目詳細設(shè)計階段設(shè)計人員根據(jù)初設(shè)的方案進行詳細設(shè)計，從設(shè)備選型、設(shè)備規(guī)格和設(shè)備功能等方面開始著手，綜合考慮現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境中的溫度、濕度和粉塵等因素，選擇適合現(xiàn)場環(huán)境的設(shè)備。在詳細設(shè)計階段要對現(xiàn)場施工各種材料要明確施工規(guī)格和數(shù)量，因現(xiàn)在項目都是要求高標準高質(zhì)量，施工材料對項目實施的高標準高質(zhì)量起到畫龍點睛的作用。許多設(shè)計人員對這方面都沒有考慮周全，致使項目在施工過程中因為材料的問題，而導致項目沒有達到優(yōu)質(zhì)項目的目標。所以詳細設(shè)計要達到設(shè)計應(yīng)用的目的，保證具有落地可行的指導項目采購和施工作用。

4.2 設(shè)備采購到貨和安裝調(diào)試

在智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺詳細設(shè)計完成后，工程項目采購人員根據(jù)設(shè)計圖紙組織設(shè)備招標采購，在此過程中設(shè)計人員緊密配合，確保采購的設(shè)備滿足設(shè)計要求。設(shè)備采購?fù)瓿珊螅少徣藛T緊密跟進設(shè)備生產(chǎn)備貨情況，并與施工現(xiàn)場配合，共同確認設(shè)備到貨時間。

設(shè)備到貨后，項目部現(xiàn)場組織施工人員將貨物存放到物資庫中，確保電子產(chǎn)品免受不必要的存儲危險。根據(jù)設(shè)計圖紙和施工方案開始組織人力和物力。現(xiàn)場項目管理團隊在確保工程安全的前提下，保質(zhì)保量有序推進項目建設(shè)，以高標準嚴要求控制項目質(zhì)量和標準化，將整個網(wǎng)絡(luò)平臺建成優(yōu)質(zhì)項目。

4.3 項目驗收使用和交工

項目在安裝調(diào)試完成后，承包單位組織項目部技術(shù)人員，對項目進行自檢，在自檢合格的基礎(chǔ)上，向建設(shè)單位提交竣工驗收，建設(shè)單位組織相關(guān)專家對施工成果進行性能驗收，重點檢驗網(wǎng)絡(luò)平臺施工調(diào)試是否滿足設(shè)計要求，各項性能是否滿足使用功能。對在驗收過程中存在的問題，承包單位及時組織進行整改，整改完成后，再次組織復(fù)檢，在復(fù)檢合格后，承包單位對項目進行整體交工移交，將設(shè)備的移交給建設(shè)單位。最后進行項目竣工結(jié)算，并在質(zhì)保期內(nèi)做好項目回訪工作。

5.結(jié)語

智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺，作為智能化的基礎(chǔ)神經(jīng)，其設(shè)計方案選擇和項目成功實施將對后續(xù)工作起到承上啟下的作用。許多礦井在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺老舊，嚴重影響力智能化礦井建設(shè)應(yīng)用，在智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺的設(shè)計階段，應(yīng)因地制宜，選擇符合礦井需求的網(wǎng)絡(luò)平臺。國家層面正在開展跨領(lǐng)域、跨學科、跨專業(yè)系統(tǒng)合作，針對智能化煤礦關(guān)鍵技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)，并開展工程實踐。相信在智能化礦井網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺方向上將來一定有重大突破，一個穩(wěn)定、高效的網(wǎng)絡(luò)平臺將會隨工業(yè)發(fā)現(xiàn)而應(yīng)運而生。