基于工业以太网技术的矿井综合监控系统.docx

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基于工业以太网技术的矿井综合监控系统

基于工业以太网技术的矿井综合监控系统

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

1、概述：

基于工业以太网技术的矿井综合监控系统，是以千兆工业以太网交换机为通信平台，在该平台的的基础上可以承载矿井语音通信系统、矿井人员定位系统、矿井风机检测系统、矿井电力检测系统、矿井视频检测系统、矿井运输皮带检测系统等，进而实现数字化矿井，提高矿井生产的安全性，提高矿井的生产效率。

系统整体框图如图1-1。

图1-1数字矿井系统框图

2、矿井工业以太网技术的通信平台

矿井工业以太网技术的通信平台，包括矿井通信的骨干网通信平台，接入网通信系统等，骨干网络一般采用千兆通信系统，接入网络一般采用百兆的通信网络。

井下系统考虑，防潮、防水以及抗冲击的系统。

千兆系统采用SICOM4000+防水箱，百兆系统采用SICOM3016+防潮防水箱来完成，井上核心SICOM6524系列全千兆的三层工业交换机来完成系统的数据传输与隔离。

系统组网图2-1：

图2-1矿井通信网络平台

2.1核心网络通信平台设备介绍-----SICOM6524

图2-2SICOM6524

2.1.1特性

◆任意支持DT-Ring（冗余时间<50ms），STP/RSTP/MSTP、VRRP等多种冗余协议

◆最多24个千兆接口

◆支持Qos，Vlan，SNMPMIBV1/V2/V3，RMON（1、2、4、9）

◆支持静态路由，RIPv1/v2，OSPFv2，BGPv4动态路由协议

◆支持PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等多种组播路由协议

◆48Gbps高背板带宽，硬件路由，线速三层交换包转发率达到55.1Mpps

◆强大的ACL，硬件支持L2-L7层数据过滤.

◆自动检测并抑制广播风暴，支持IGMPV1/V2/V3报文的侦测，有效限制广播报文的泛滥

◆支持全双工模式和半双工模式的流量控制，以太网接口以64K为步长的速率限制

◆支持QinQ，实现双重VLAN安全功能

◆工作温度-40℃~75℃

◆冗余双直流DC24V电源输入、AC220交流输入、DC110V直流输入、DC220V直流输入

◆单肋铝制机箱高效散热（专利），无风扇

◆IP40防护等级

◆机架式安装

2.1.2产品规格

端口：

◆电口：

20个10/100/1000BaseTX自适应以太网接口，RJ45

◆千兆口：

4个千兆光电口，SFP模块

◆CONSOLE口：

RS232，RJ45

技术：

◆协议：

IEEE802.3，IEEE802.3u，IEEE802.3x，IEEE802.3z、IEEE802.3abIEEE、802.3ae、IEEE802.3ad、IEEE802.1p/q、IEEE802.1d、IEEE802.1w、IEEE802.1x，存储转发处理方式

◆高背板带宽：

36Gbps

◆三层交换包转发率：

51.1Mpps

◆路由地址表：

30K

◆MAC地址表：

16K

◆802.1QVLAN：

1-4094任意划分

◆路由管理：

静态路由、RIPv1/v2，OSPFv2，BEIGRP，BGPv4、基于IP的策略路由

◆管理：

CLI、Telnet、SNMPv1/v2、东土专用网管软件

线缆：

◆双绞线：

100米

◆多模光纤：

2~5km，1310nm，>-20dbm

◆单模光纤：

10km/20km/40km/80km，1310nm/1550nm

电源：

◆输入电压：

220VAC、110VDC、220VDC、24VDC

◆功率：

<65W

环境：

◆工作温度：

-30℃~75℃

◆存储温度：

-45℃~85℃

◆相对湿度：

5~95%无凝结

MTBF：

◆35年

机械结构：

◆防护等级：

IP40，单肋铝制外壳（专利），无风扇设计

◆安装：

机架式安装

◆尺寸（W×H×D）：

442mm×410mm×44mm

通过认证：

◆EN61000-4-2防静电（ESD）：

±4kV接触放电，±8kV空气放电

◆EN61000-4-3电磁场：

10V/m（80-1000MHz）

◆EN61000-4-4瞬时高压（burst）：

±2kV电源线，±1kV数据线

◆EN61000-4-5浪涌电压：

±2kV（line/earth）,±1kV（line/line）电源线，±1kV数据线

◆EN61000-4-5防传导：

3V（10kHz~150kHz），10V（150kHz~80kHz）

◆FCCCFR47Part15：

FCCCFR47Part15ClassA

◆EN55022：

EN55022ClassA

◆UL60950（），CE，FCC

2.1.3订购信息

SICOM6524：

16个10/100/1000M以太网电口，8个千兆接口。

SM-SFP-RJ45：

SFP模块，1个1000M以太网电口，RJ45接头

SM-SFP-LX/LC：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1310nm，10km

SM-SFP-LH/LC-40：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1310nm，40km

SM-SFP-LH/LC-80：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1550nm，80km

2.2骨干通信网络通信平台设备介绍---SICOM4000

图2-3SICOM40000工业交换机

2.2.1特性

◆模块化交换机，最多4个千兆口+24百兆口

◆高性能冗余技术（DT-ring）,倒换时间小于50ms。

最多可以支持12个百兆光纤环网，2个千兆光纤环网。

◆支持IGMP、TRUNK、端口镜像、Qos，Vlan

◆支持SNTP，PTP精确时钟协议（IEEE1588）

◆广播风暴拟制

◆超级终端模式（CLI）,TELNET,WEB网元管理软件,基于SNMP的网络管理,支持OPC模式监控

◆存储和转发交换方式

◆灵活的组成方式，可组成环网,星型网和相切环

◆提供背板交换容量32G

◆可以对每个端口的流量、状态进行监视《RMON（统计、历史、报警、事件）》

◆符合IEC61850规范的工业四级电磁兼容的要求

◆与SICOM3000、SICOM3016、SICOM6000统一网管软件Kyvision3.0

◆工作温度-40℃~75℃

◆单肋铝制机箱高效散热（专利），无风扇

◆IP40防护等级

◆DIN卡轨式安装

2.2.2产品规格

端口：

◆RJ45：

最多24个10/100BaseTX自适应以太网接口，全/半双工，MDI/MDI-X自适用

◆百兆光口：

24个100BaseFX以太网接口（FC/SC/ST接头）

◆千兆光口：

4个1000Base-L/HX以太网接口（SFP接头）

◆千兆电口：

4个1000Base-TX以太网接口（SFP接头）

◆CONSOLE口：

RS232，RJ45

◆告警端口：

电源告警干节点输出

技术：

◆IEEE802.3z、IEEE802.3u、IEEE802.3、IEEE802.3x、IEEE802.1D/w、IEEE802.1p、IEEE802.1Q、存储转发处理方式

线缆：

◆双绞线：

100米

◆多模光纤：

2~5km，1310nm

◆单模光纤：

40km/80km，1310nm/1550nm

电源：

◆输入电压：

24VDC（18~36VDC），冗余输入

◆功率：

<24W

环境：

◆工作温度：

-40℃~75℃

◆存储温度：

-45℃~85℃

◆相对湿度：

5~95%无凝结

MTBF：

◆35年

机械结构：

◆防护等级：

IP40，单肋铝制外壳（专利），无风扇设计

◆安装：

DIN卡轨式或壁挂式安装

◆尺寸（W×H×D）：

55.4mm×142mm×120.5

通过认证：

◆EN61000-4-2防静电（ESD）：

±8kV接触放电，±158kV空气放电

◆EN61000-4-3电磁场：

10V/m（80-1000MHz）

◆EN61000-4-4瞬时高压（burst）：

±4kV电源线，±4kV数据线

◆EN61000-4-5浪涌电压：

±4kV（line/earth）,±4kV（line/line）电源线，±2kV数据线

◆EN61000-4-5防传导：

3V（10kHz~150kHz），10V（150kHz~80kHz）

◆FCCCFR47Part15：

FCCCFR47Part15ClassA

◆EN55022：

EN55022ClassA

◆UL60950（），CE，FCC

2.2.3订购信息

SM4-Backboard：

SICOM4000系统背板，1个CPU模块插槽，1个交换模块插槽，1个千兆模块插槽，1个电源模块插槽，6个功能模块插槽

SM4-SW2：

交换模块，SICOM4002

SM4-CPU1：

CPU模块，管理SM-SW2

SM4-POWER：

电源模块，两路24VDC

SM4-2GX：

2个1000M以太网接口，SFP模块

SM4-4GX：

4个1000M以太网接口，SFP模块

SM4-4TX：

4个100M以太网电口模块，RJ45接头

SM4-4FX-S-ST（SC）：

4个100M以太网单模光口模块，ST/SC接头

SM4-4FX-M-ST（SC）：

4个100M以太网多模光口模块，ST/SC接头

订购信息

SM4-3TX-1FX-S-ST（SC）：

3个100M以太网电口，1个100M以太网单模光口

订购信息

SM4-3TX-1FX-M-ST（SC）：

3个100M以太网电口，1个100M以太网多模光口

订购信息

SM4-2TX-2FX-S-ST（SC）：

2个100M以太网电口，2个100M以太网单模光口

订购信息

SM4-2TX-2FX-M-ST（SC）：

2个100M以太网电口，2个100M以太网多模光口

SM4-1TX-3FX-S-ST（SC）：

1个100M以太网电口，3个100M以太网单模光口

SM4-1TX-3FX-M-ST（SC）：

1个100M以太网电口，3个100M以太网多模光口

SM4-4RS485:

提供四个RS485接口。

SM-SFP-RJ45：

SFP模块，1个1000M以太网电口，RJ45接头

SM-SFP-LX/LC：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1310nm，10km

SM-SFP-LH/LC-40：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1310nm，40km

SM-SFP-LH/LC-80：

SFP模块，1个1000M以太网单模光口，LC接头，波长1550nm，80km

2.3接入网络通信平台介绍-------SICOM3016

2.3.1特性

◆高性能冗余技术（DT-ring）,倒换时间小于50ms。

，2个百兆光纤环网。

◆支持IGMP、TRUNK、端口镜像、Qos，Vlan

◆广播风暴拟制

◆超级终端模式（CLI）,TELNET,WEB网元管理软件,基于SNMP的网络管理,支持OPC模式监控

◆存储和转发交换方式

◆灵活的组成方式，可组成环网,星型网和相切环

◆提供背板交换容量32G

◆可以对每个端口的流量、状态进行监视《RMON（统计、历史、报警、事件）》

◆符合IEC61850规范的工业四级电磁兼容的要求

◆与SICOM3000、SICOM4000、SICOM6000统一网管软件Kyvision3.0

◆工作温度-40℃~75℃

◆单肋铝制机箱高效散热（专利），无风扇

◆IP40防护等级

◆卡规安装

2.3.2产品规格

端口：

◆电接口：

最大16个10/100BaseTX自适应以太网接口，全/半双工，MDI/MDI-X自适用

◆百兆光口：

最大4个100BaseFX光口（FC/SC/ST接头）

◆CONSOLE口：

RS232，RJ45

技术：

◆IEEE802.3z、IEEE802.3u、IEEE802.3、IEEE802.3x、IEEE802.1D/w、IEEE802.1p、IEEE802.1Q、存储转发处理方式

MAC地址表大小：

◆32K

组网：

◆环型、相切环、星型、链型

线缆：

◆双绞线：

100米

◆多模光纤：

2~5km，1310nm

◆单模光纤：

10km/20km/40km/80km，1310nm/1550nm

电源：

◆输入电压：

24VDC（18~36VDC），110VDC、220VDC、220VAC

◆功率：

<20W

环境：

◆工作温度：

-40℃~75℃

◆存储温度：

-45℃~85℃

◆相对湿度：

5~95%无凝结

MTBF：

◆35年

机械结构：

◆防护等级：

IP40，单肋铝制外壳（专利），无风扇设计

◆安装：

19英寸1U机架式

◆尺寸（W×H×D）：

通过认证：

◆EN61000-4-2防静电（ESD）：

±8kV接触放电，±15kV空气放电

◆EN61000-4-3电磁场：

10V/m（80-1000MHz）

◆EN61000-4-4瞬时高压（burst）：

±4kV电源线，±4kV数据线

◆EN61000-4-5浪涌电压：

±4kV（line/earth）,±4kV（line/line）电源线，±2kV数据线

◆EN61000-4-5防传导：

3V（10kHz~150kHz），10V（150kHz~80kHz）

◆FCCCFR47Part15：

FCCCFR47Part15ClassA

◆EN55022：

EN55022ClassA

◆UL60950（），CE，FCC

2.3.4订购信息

SICOM3016-16T16个100Base-TX接口

SICOM3016-2S（M）-22T22个100Base-TX接口，2个100Base-FX接口

SICOM3016-4S（M）-20T20个100Base-TX接口，4个100Base-FX接口

2.4网络管理

SICOM系列产品提供KYVISION3.0的C/S架构的网络管理软件，同时可以通过WEB软件进行网络管理和系统配置。

2.4.1Kyvision网络管理软件

Kyvision是北京东土科技有限公司开发的网管软件，它通过SNMP协议对东土研发生产的Sicom系列交换机管理，监控；并且能通过SNMP协议对东土研发生产的Sicom系列交换机和其他厂家生产的支持通过SNMP协议的产品监控。

其管理功能按照TMN的规范进行设计，包括配置管理、故障管理、性能管理、维护管理和安全管理等，同时针对接入网的特点增加了一些维护功能，以方便用户在日常工作中能更好的、高效的完成对网络的维护和升级。

Kyvision网管软件除了提供完善的，易使用的的管理，监控功能外，还从个性化设置，管理方式上给用户带来更多的体验。

KYVision可以提供标准的OPC接口或可开发接口，并且可以开放通信协议，来实现统一的管理平台对交换机监控数据的调用，实现全网设备（不仅是交换机）的统一管理。

图1Kyvision网络管理软件主界面

图2Kyvision网络管理软件告警管理

图3Kyvision网络管理软件自动拓扑功能

2.4.2WEB网元管理软件

用户可以通过SICOM6524、SICOM4000、SICOM3016、SICOM3000的WEB软件进行所有业务配置

图4WEB网络管理软件主页面

2.4.3远程TELNET管理

图5TELNET网络管理软件主页面

2.4.4本地超级终端管理

用户可以通过SICOM6496、SICOM6424M、SICOM4000、SICOM3016、SICOM3000的CLI软件进行所有业务配置

图6超级终端网络管理软件主页面

专用网管软件Kyvision3.0可以提供如下功能：

当网络出现故障时，能迅速进行网络诊断，以便用户做出选择；进行故障定位、事件分析、故障记录；

可以在管理界面直接进行网络单元的重新配置，包括对网络节点的增减、合并等；并自动生成拓扑结构。

可进行设备管理、状态管理；可进行故障告警和状态监控，具有通道故障、误码告警、通信成功率的统计，能自动记录整个网络节点的在线/离线状态、网络节点处数据输入/输出流量的大小、带宽、负荷等情况，将其保存为历史数据。

故障发生时，KYVision有声提示及光报警信号；

根据用户权限，进行只读、操作、设备管理、系统管理；可以对交换机的端口