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依据《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，按照 “智能化煤矿应建设高速高可靠的通信网络”的建设目标，实现终端机械化、系统自动化、综合智能化、管理信息化的建设方向，明确了矿井信息化建设的总体思路是，实现定位前瞻、高效实用，深度融合、标准统一，分区建设、集中管理，分类建设、功能突出，一网链接、平台显示的目标，建设工业控制网络及视频监控网络是实现网络化、信息化的基础纽带，是最终实现煤矿智能化的信息传递桥梁。智能化矿山将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

图1：智慧矿山3D展示图

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5G+工业互联网技术在智慧矿山中的运用，主要涉及到远程操控、高清视频监控、海量数据传输、智能调度与协同控制等应用场景，对智慧矿山工业控制网络提出如下要求：

• 工业控制主干网络和视频监控主干网络传输速率不低于10Gbps

• 满足环网保护，网络故障重构时间不大于20ms

• 支持IEEE1588高精度时钟对时协议，单跳对时精度优于20ns

• 低传输时延，要求端口满载时对应的平均网络时延不超过5us

• 矿用有线主干网络设备支持Ethernet/IP、PROFINET、MODBUS等工业以太网协议透明传输和协议转换

• 支持5G承载网与工业以太网融合

图2：智慧矿山5G+工业互联网典型应用

矿安〔2022〕128号文，《煤矿及重点非煤矿山重大灾害风险防控建设工作总体方案》中指出，通过建设AI视频智能辅助监管监察系统、应急处置视频智能通讯系统和重大违法行为智能识别分析系统，充分发挥AI智能识别、井下精准定位、物联网、大数据等新技术在矿山重大灾害风险识别、应急救援等工作中的优势作用，依托“十三五”期间已建成的国家矿山安全生产风险监测预警平台，实现对煤矿及重点非煤矿山关键地点、重点部位重大风险的实时监测、及时识别和精准研判，创新矿山安全生产监管监察方式，积极探索形成“互联网+监管监察”等新模式，推动提升矿山重大灾害风险防控能力，夯实矿山安全基础。对智慧矿山工业控制网络提出如下要求：

• 井下接入网络采用1Gbps以上工业以太网，井下主干网络采用10Gbps以上工业以太网，并支持40Gbps或100Gbps主干网络扩展

• 满足环网保护，网络故障重构时间不大于20ms

• 交换机具备足够的封包缓冲区，避免视频流量突发导致的网络拥塞

• 具备海量视频数据压缩处理技术

图3：矿安〔2022〕128号文

在全球科技和产业变革加速演进之际，国内外环境对信创国产化的诉求愈发紧迫。国际层面，科技竞争日益白热化，各国正强化对关键技术与产业的自主掌控。国内方面，数字化转型与产业升级步伐加快，对高品质、高性能、高安全性科技产品与服务的需求持续攀升。在此背景下，信创国产化不仅是国家安全与经济发展的战略基石，更是驱动国内科技产业创新与转型升级的核心引擎。智慧矿山领域，随着服务器、操作系统、数据库、中间件、文件管理等国产化替代的深入，工业控制网络的国产化替代已成必然趋势，对智慧矿山工业控制网络提出了全新要求：

• 工业控制网络设备满足国产自主可控的要求

• 考虑节约化原则，替代逐步进行，需兼容现有网络

• 需支持IEC62439-2 MRP工业环网冗余协议，能够和赫斯曼、西门子等厂商交换机共同组环

图4：信创国产化应用

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图5：威努特智慧矿山工业控制网络拓扑结构

威努特智慧矿山工业控制网络解决方案采用“40G骨干、万兆汇聚、千兆终端”组网理念，满足智慧矿山数字化、智能化融合带来的网络带宽升级需求。

核心层部署威努特WIS6300-H-8X24C-3EXT-2HV-XC工业交换机，通过堆叠实现双机热备和负载均衡。地面、井下骨干层采用威努特WIS6300-H-8X4GS24G-EXT-2LV-XC工业交换机组成10G或40G光纤环网，上联到核心工业交换机。地面、井下所有接入交换机可以组成1G或10G光纤环网，通过相切环的方式就近接到汇聚交换机。井下部署的工业交换机全部放入隔爆兼本安箱或本安箱中，并配备不小于4小时的后备电源输出。

每个环网开启基于IEC62439-2的工业环网冗余协议MRP，在以太环网完整时能够防止数据环路引起的广播风暴，而当以太环网上一条链路断开时能快速恢复环网上各个节点之间的通信，环网故障自愈时间小于20ms。

核心交换机与各环网互联的端口开启环回检测功能，当网络中任意一个环网出现网络风暴，核心交换机会自动将与风暴环网连接的端口关闭，保证风暴不会影响其它环网数据传输。同时开启广播风暴抑制，当网络中任意一个环网出现网络风暴，不会有大量广播报文冲击其它环网，保证其它环网数据正常转发。

各环网交换机业务端口均启用端口自环监测机制，针对人为接线错误致单台交换机成环情况，此机制将自动隔离错误端口，并熄灭端口指示灯，便于快速定位问题。同时，交换机环端口配置设备链路检测协议DLDP，实时监控光纤及铜质双绞线链路状态。若发现单向链路，DLDP将依据用户设定，自动或提示手工关闭相关端口，有效预防网络故障。

威努特核心交换机自带WNT-NSMS智能网络管理平台，无需单独部署网管平台，通过核心交换机即可为矿山信息化运维人员提供实用、易用的网络管理功能。

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解决方案中核心、汇聚、接入工业交换机，全部采用基于国产盛科交换芯片研发的工业交换机，所有电子元器件100%中国大陆研发、测试和制造，确保了网络架构从硬件到软件的全面自主可控，有效规避了安全风险和数据泄露，对保护智慧矿山工业控制系统中的敏感信息至关重要，有力维护了国家安全和社会稳定。同时，国产自主可控交换机是推动信息技术创新与应用的关键，促进了国内产业发展，提升了技术水平与市场竞争力，打破了国际技术壁垒，降低了外部技术依赖，为信创产业注入了新活力。

图6：威努特全国产工业交换机关键元器件

威努特核心工业交换机与汇聚工业交换机，均内置8个10Gbps高速接口，并且具备40Gbps/100Gbps接口的扩展能力，能够构建10G、40G乃至100G的高带宽工业冗余环网，为智慧矿山的工业控制网络提供坚实的数据传输保障，满足其对高性能网络架构的严苛需求。

全网工业交换机支持IEEE1588高精度时钟对时协议和SyncE同步以太网协议，单跳实现12.5ns级对时精度，满足5G基站高精度数据传输与授时要求。随着智能化矿山5G需求增长，支持IEEE1588的矿山工业通信网络成为必然，其高精度与灵活性为矿山通信提供坚实保障。相较于传统授时技术，IEEE1588采用双向信道，通过主时钟周期发布同步协议及信息，从时钟据此计算时差调整本地时间，确保主从设备时间一致，实现ns级频率与时间同步，满足不断提升的工业通信需求。

图7：威努特工业交换机PTP精度测试

威努特工业交换机支持STP/RSTP/MRP、ERPS、RRPP等环网保护协议，可与赫斯曼、西门子、华三等设备混合组网。其中，MRP为基于IEC62439-2的国际标准工业环网冗余协议，具备与网络规模无关的故障恢复特性，支持相切环、相交环、双归环等多种拓扑结构，提供丰富诊断维护功能，并可通过多域配置实现环网链路负载分担，充分利用物理链路带宽。利用MRP构建智慧矿山工业控制冗余环网，可兼容国际友商交换机，实现最高3ms的环网故障自愈，满足智能化矿山数据承载需求。

图8：威努特与赫斯曼工业交换机环网兼容性测试

威努特最新研发的工业交换机，支持AI智能视频图像轻量化压缩技术，提供机架式、卡轨式、本安型等多种型号，适配智慧矿山地面及井下视频监控系统。AI智能视频图像轻量化压缩技术，支持对高清视频进行重新编码优化，实现极低带宽下高清视频实时传输，破解窄网络条件下大量高清视频传输难题。同时，提供8-16倍原视频码流轻量化，轻量化视频与原视频视觉效果几乎无异，且存储空间利用提升8-16倍，延长视频录像存储时间。此外，带宽利用率提高90%以上，加速视频调阅与检索。采用AI智能视频图像轻量化压缩技术，可大幅节省网络带宽、后端存储空间，从而节省机房空间和设备能耗，降低智慧矿山企业投资。

图9：AI智能视频图像轻量化压缩技术实现效果

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WIS6300-H XC系列是威努特最新研发的高性能、高密度、高可靠的三层模块化工业交换机。该系列工业交换机基于国产自主可控的盛科交换芯片，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48个1Gbps接口、8个10Gbps接口和4个40G/100Gbps接口。

图10：WIS6300-H XC系列工业交换机

WIS6300-BA系列是威努特最新研发的本质安全型工业交换机，专为智慧矿山井下隔爆兼本安应用场景设计。该系列工业交换机采用本质安全型电路设计，且电路板带有三防涂层，满足智慧矿山井下环境要求。最大配置支持8个1Gbps电口、8个1Gbps光口、4个10Gbps光口和1路RS485接口。

图11：WIS6300-BA系列本质安全型工业交换机

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威努特智慧矿山工业控制网络解决方案，以国产自主可控为核心，构建高带宽、高精度对时、丰富环网协议兼容及AI智能视频图像轻量化压缩的先进网络架构，全面满足智慧矿山对高性能、高可靠性网络架构的严苛需求。该方案不仅确保了网络架构从硬件到软件的全面安全可控，还有效提升数据传输效率，降低资源投入，为智慧矿山的5G+工业互联、远程实时操控、高清视频监控、海量数据传输等应用场景提供坚实保障。同时，其兼容现有网络、支持混合组网的优势，更为智慧矿山的数字化转型与智能化升级奠定了坚实基础，助力煤矿行业实现安全、高效、智能的可持续发展。