工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)方案

1、 1工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)1.1概述通過(guò)礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)，可將礦井后期各環(huán)節(jié)系統(tǒng)（釆掘、供電、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等）的設(shè)備工作狀態(tài)信息、生產(chǎn)信息、安全信息實(shí)時(shí)傳遞到礦井生產(chǎn)安全調(diào)度指揮中心，為礦井的后續(xù)數(shù)字化礦山系統(tǒng)提供一個(gè)高速、安全、可靠的信息傳輸平臺(tái)，為礦領(lǐng)導(dǎo)的指揮和管理提供充分的、實(shí)時(shí)的信息依據(jù)，為礦井建設(shè)先進(jìn)的監(jiān)管控i體化提供基礎(chǔ)平臺(tái)。1.2工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)勢(shì)以太網(wǎng)是當(dāng)今最流行、應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)，具有價(jià)格低、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度、易于組網(wǎng)應(yīng)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最為豐富，擁有大量安裝維護(hù)人員，是一種理想的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。首先，基于TCP/IP的以太網(wǎng)是一種開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)，不同

2、廠商的設(shè)備很容易互聯(lián)。這種特性非常適合于解決控制系統(tǒng)中不同廠商設(shè)備的兼容和互操作等問(wèn)題；其次，低成本、易于組網(wǎng)是以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等接口十分方便。以太網(wǎng)技術(shù)人員多，能夠降低企業(yè)培訓(xùn)維護(hù)成本；第三，以太網(wǎng)具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠提供充足的帶寬。而且以太網(wǎng)資源共享能力強(qiáng)，利用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)的總線，很容易將I/O數(shù)據(jù)連接到信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)很容易以實(shí)時(shí)方式與信息系統(tǒng)上的資源、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)共享；第四，以太網(wǎng)易與Internet連接。在任何城市、任何地方都能夠利用Internet對(duì)企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視控制；另外，以太網(wǎng)作為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，受到了廣泛的技術(shù)支持。幾乎所有

3、的編程語(yǔ)言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，有多種開(kāi)發(fā)工具可供選擇。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動(dòng)化辦公信息網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步，數(shù)字化礦山、管控一體化己成為企業(yè)生存和發(fā)展的必有之路。以太網(wǎng)可方便實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接的優(yōu)勢(shì)，能夠使電子商務(wù)與工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正意義上的企業(yè)管控一體化。1.3工業(yè)以太網(wǎng)選型原則1.3.1信息傳輸實(shí)時(shí)性和確定性的改進(jìn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)要求具有比較高的實(shí)時(shí)性和確定性。隨著地面以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步。以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、高速以太網(wǎng)技術(shù)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)技術(shù)、全雙工通信技術(shù)、IP的服務(wù)質(zhì)量(QoS)技術(shù)的發(fā)展與相互結(jié)合和應(yīng)用，大大的提高了以太網(wǎng)系統(tǒng)中信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)

4、性、確定性。作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)已從下面幾個(gè)方面進(jìn)行。首先，一些工業(yè)廠家已經(jīng)使用了快速生成樹(shù)技術(shù)使交換機(jī)數(shù)據(jù)傳輸延遲與端口轉(zhuǎn)發(fā)達(dá)到毫秒級(jí)或者微秒級(jí)。通信速率已達(dá)到lOGbps,在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信介質(zhì)的占用時(shí)間大大降低，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)碰撞概率。確保了控制命令和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。其次，釆用以太網(wǎng)交換機(jī)，將網(wǎng)絡(luò)分成若干網(wǎng)段，以太網(wǎng)交換機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)功能,使各端口之間的輸入輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生沖突；同時(shí)交換機(jī)還對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行包過(guò)濾，使每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸僅限于本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行，而不需要經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)，也不占用其它網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。另外

5、，在應(yīng)用過(guò)程中數(shù)字化礦山系統(tǒng)可釆用多主并發(fā)技術(shù)能夠使端口之間分別同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，從而大大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、安全性和確定性。IP的服務(wù)質(zhì)量(QoS)技術(shù)的應(yīng)用則能使我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中區(qū)分實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，識(shí)別數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化、控制網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷，提高系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、確定性。1.3.2通信可靠性為了適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求，MOXA推出了工業(yè)級(jí)模塊化的以太網(wǎng)設(shè)備，用以提高以太網(wǎng)的可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，主干網(wǎng)絡(luò)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接釆用屏蔽雙絞線或者總線。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上釆用環(huán)型或者星型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于重要的網(wǎng)段和節(jié)點(diǎn)的通信器件釆用冗余

6、配置和自動(dòng)無(wú)擾切換，在可能的情況下配置一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)管監(jiān)控軟件，不斷監(jiān)視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信狀況以及每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的軟硬件工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就能夠迅速將故障節(jié)點(diǎn)隔離開(kāi)來(lái)，并作出相對(duì)應(yīng)報(bào)警。所有這些手段都能夠有效地提高以太網(wǎng)通信的可靠性和穩(wěn)定性。本次方案釆用臺(tái)灣MOXA工業(yè)級(jí)交換機(jī)。1.3.3工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議因?yàn)樯逃糜?jì)算機(jī)普遍采用的應(yīng)用層協(xié)議不能適合工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之冋的以太網(wǎng)要求，所以必須在以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，建立完整有效的通信服務(wù)模型，制定有效的以太網(wǎng)服務(wù)機(jī)制，協(xié)調(diào)好工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)信息的傳輸，形成被廣泛接受的應(yīng)用層協(xié)議，也就是工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。當(dāng)前已經(jīng)制定的工業(yè)以太

7、網(wǎng)協(xié)議有MODBUS/TCP、ProfiNetEthernet/IP.HSE等。 1.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖圖1-1：工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)綜合信息傳輸平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?-5環(huán)網(wǎng)光纖走向調(diào)度機(jī)房-主斜井中央變電所-南運(yùn)輸大巷-504工作面運(yùn)輸巷南回風(fēng)巷.主運(yùn)輸巷副斜井-調(diào)度室1.6環(huán)網(wǎng)平臺(tái)特點(diǎn)整個(gè)自動(dòng)化綜合控制網(wǎng)采用工業(yè)級(jí)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)井下高溫、高濕等惡劣環(huán)境的穩(wěn)定運(yùn)行；系統(tǒng)支持光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式，接節(jié)故障不影響整個(gè)系統(tǒng)性能，故障自恢復(fù)時(shí)間短，通信更加可靠；所有交換機(jī)采用高性能的模塊化交換機(jī)，避免網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)故障，同時(shí)滿足以后的擴(kuò)容和升級(jí)；光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好、線路機(jī)械強(qiáng)度高礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)光纖冗

8、余環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)通訊協(xié)議釆用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；平臺(tái)傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾和雷擊能力加強(qiáng)。為數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音三網(wǎng)合一提供了充足的帶寬；整個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)可對(duì)所有的三維數(shù)字化礦山網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障實(shí)時(shí)報(bào)警。在礦信息網(wǎng)與監(jiān)控網(wǎng)中釆用網(wǎng)閘連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)的安全隔離。釆用先進(jìn)的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測(cè)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。核心交換機(jī)提供OPC協(xié)議，支持監(jiān)控軟件的集成；整個(gè)寬帶傳輸網(wǎng)徹底突破了低速總線下的技術(shù)瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量大大增加,穩(wěn)定性提高；因?yàn)橐訧nternet/Intranet/Infranet整體構(gòu)架，具有開(kāi)放的傳輸接入平臺(tái)，系統(tǒng)集成能力顯著提高，今后礦井各

9、種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均可方便就近接入，易于擴(kuò)展，無(wú)須重復(fù)布線，節(jié)約投資；平臺(tái)同時(shí)支持光纖多模、單模、超五類雙絞線傳輸介質(zhì)，結(jié)構(gòu)靈活；可方便與局域網(wǎng)企業(yè)綜合管理信息系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)信息共享；井下交換機(jī)經(jīng)過(guò)防爆認(rèn)證，具有“MA”，同時(shí)增加UPS電源保護(hù)，在市電停電后，可運(yùn)行二個(gè)小時(shí)以上。支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多重冗余方式，如（單）環(huán)網(wǎng)冗余、單環(huán)雙節(jié)點(diǎn)冗余、雙總線冗余、雙環(huán)網(wǎng)冗余和環(huán)間冗余。環(huán)網(wǎng)交換機(jī)支持多光口、電口混合連接，支持Web管理，支持SNTP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，準(zhǔn)確記錄故障時(shí)間。交換機(jī)管理軟件要求能統(tǒng)一配置、管理、監(jiān)視所有交換機(jī)，可監(jiān)視所有具有SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）功能的設(shè)備；支持通訊

10、故障自診斷、定位、報(bào)警；在更改設(shè)備配置時(shí)只要在網(wǎng)管工作站對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合適配置，通過(guò)網(wǎng)管工作站對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行日常管理、流量統(tǒng)計(jì)、故障分析等。交換機(jī)支持流量控制功能，防止廣播風(fēng)暴；支持端口的優(yōu)先級(jí)劃分和VLAN劃分；支持端口和MAC地址的綁定，提高系統(tǒng)安全性。 1-7主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)1.7.1核心交換機(jī)IKSG6824.4GTXSFP.HV.HV3層交換機(jī)，靜態(tài)路由。支持RIPV1/V2支持TurboRing、TurboChain協(xié)議，冗余自愈以太網(wǎng)（全負(fù)荷狀態(tài)下恢復(fù)時(shí)間20毫秒）；最大支持4個(gè)1000M光口，20個(gè)1000M以太網(wǎng)接口；冗余千兆以太網(wǎng)自愈能力和RSTP/STP（IEEE802.

11、1W/D）利用IGMPSnooping及GMRP控制以太網(wǎng)多播流量支持基于端口IEEE802.IQVLAN及GVRP協(xié)議，便利網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃支持QoS-IEEE802.Ip/1Q和ToS/DiffServ,以提高傳輸確定性支持帶寬優(yōu)化的IEEE802.3ad鏈路聚合控制協(xié)議（LACP）支持IEEE802.IX和https/SSL,提高網(wǎng)絡(luò)安全性提供SNMPVl/V2c/V3,可進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)層級(jí)間的安全管理帶寬管理功能能夠防止不可預(yù)料的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)端口鎖定讓只有特定MAC地址可進(jìn)行訪問(wèn)端口鏡像功能提供在線調(diào)試通過(guò)e-mail繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警DI接口可完成傳感器、報(bào)警器與IP網(wǎng)絡(luò)的整合自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的

12、IP地址恢復(fù)Line-swapfastrecovery（鏈路交換快速恢復(fù)）雙220V交流冗余DC電源輸入可靠的高強(qiáng)度外殼IP30等級(jí)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可通過(guò)Web瀏覽器，Telnet/串口控制臺(tái)，Windows工具利用ping指令檢查網(wǎng)絡(luò)區(qū)段的完整性19寸機(jī)架安裝。本次方案配置4個(gè)1000M光口，20個(gè)1000M電口。1.7.2井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)KJJ137A光信號(hào)接口1）傳輸方式：全雙工TCP/IP傳輸協(xié)議，波長(zhǎng)為1310nm的單模光纖；2）傳輸速率：1000Mbps；3）光發(fā)射功率：10-5dBm；4）光接收靈敏度：20dBm；5）最大傳輸距離：10km（使用單模光纜）；6）采用模塊化結(jié)構(gòu)，配置4個(gè)千兆

13、光口（單模、l（）Km、SFP、LC）,4個(gè)百兆光口。以太網(wǎng)電信號(hào)接口（本安接口）1）傳輸方式：全雙工TCP/IP傳輸協(xié)議；2）傳輸速率：10/100Mbps自適合；3）信號(hào)工作電壓峰峰值：1V5V；4）傳輸距離：RJ45接口傳輸距離：100m（使用礦用阻燃通信網(wǎng)線）；5）10個(gè)10/100MbDS自適合RJ45口RS485信號(hào)接口1）傳輸方式：半雙工RS485信號(hào)，雙極性；2）傳輸速率：1200bps-115200bps；3）信號(hào)工作電壓峰峰值：2V10V；4）信號(hào)工作電流峰值：W50mA；5）傳輸距離：5000m使用礦用阻燃屏蔽通信電纜6）提供8以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485總線轉(zhuǎn)換器；電源：1）額定工作電壓：AC127V/220V/380V/660V：2）輸入功率：不大于64W；3）在電源波動(dòng)范圍內(nèi)工作電流：不大于0.5A；4）提供不小于4時(shí)后備電源；其他