工业以太环网方案

1、 1工业以太环网传输平台1.1概述通过矿井工业以太环网的建设，可将矿井后期各环节系统（釆掘、供电、运输、通风、排水等）的设备工作状态信息、生产信息、安全信息实时传递到矿井生产安全调度指挥中心，为矿井的后续数字化矿山系统提供一个高速、安全、可靠的信息传输平台，为矿领导的指挥和管理提供充分的、实时的信息依据，为矿井建设先进的监管控i体化提供基础平台。1.2工业以太网优势以太网是当今最流行、应用最广泛的通信技术，具有价格低、多种传输介质可选、高速度、易于组网应用等诸多优点，而且其运行经验最为丰富，拥有大量安装维护人员，是一种理想的工业通信网络。首先，基于TCP/IP的以太网是一种开放式通信网络，不同

2、厂商的设备很容易互联。这种特性非常适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作等问题；其次，低成本、易于组网是以太网的优势。以太网与计算机、服务器等接口十分方便。以太网技术人员多，能够降低企业培训维护成本；第三，以太网具有相当高的数据传输速率能够提供充足的带宽。而且以太网资源共享能力强，利用以太网作为现场的总线，很容易将I/O数据连接到信息系统中，数据很容易以实时方式与信息系统上的资源、应用软件和数据库共享；第四，以太网易与Internet连接。在任何城市、任何地方都能够利用Internet对企业生产进行监视控制；另外，以太网作为当前应用最广泛的计算机网络技术，受到了广泛的技术支持。几乎所有

3、的编程语言都支持以太网的应用开发，有多种开发工具可供选择。随着经济的发展和自动化办公信息网络的进步，数字化矿山、管控一体化己成为企业生存和发展的必有之路。以太网可方便实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接的优势，能够使电子商务与工业生产控制现场紧密结合，实现真正意义上的企业管控一体化。1.3工业以太网选型原则1.3.1信息传输实时性和确定性的改进工业控制网络要求具有比较高的实时性和确定性。随着地面以太网技术的进步。以存储转发方式实现数据交换、高速以太网技术、虚拟局域网(VLAN)技术、全双工通信技术、IP的服务质量(QoS)技术的发展与相互结合和应用，大大的提高了以太网系统中信息传输的实时

4、性、确定性。作为工业控制网络已从下面几个方面进行。首先，一些工业厂家已经使用了快速生成树技术使交换机数据传输延迟与端口转发达到毫秒级或者微秒级。通信速率已达到lOGbps,在数据吞吐量相同的情况下，通信介质的占用时间大大降低，有效地降低了网络碰撞概率。确保了控制命令和数据的实时性。其次，釆用以太网交换机，将网络分成若干网段，以太网交换机具有数据存储、转发功能,使各端口之间的输入输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生冲突；同时交换机还对网络上传输的数据进行包过滤，使每个网段内节点之间数据的传输仅限于本地网段内进行，而不需要经过主干网，也不占用其它网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。另外

5、，在应用过程中数字化矿山系统可釆用多主并发技术能够使端口之间分别同时接收和发送数据，从而大大增强网络系统中数据传输的实时性、安全性和确定性。IP的服务质量(QoS)技术的应用则能使我们在网络系统中区分实时和非实时数据，识别数据的优先级，实时监控网络系统中实时数据传输，优化、控制网络通信负荷，提高系统中数据传输的实时性、确定性。1.3.2通信可靠性为了适合工业现场恶劣环境的要求，MOXA推出了工业级模块化的以太网设备，用以提高以太网的可靠性。在实际应用中，主干网络可采用光纤传输，现场设备的连接釆用屏蔽双绞线或者总线。同时在网络结构上釆用环型或者星型结构，实现对于重要的网段和节点的通信器件釆用冗余

6、配置和自动无扰切换，在可能的情况下配置一个实时网管监控软件，不断监视整个网络的通信状况以及每一个节点的软硬件工作情况，一旦发现异常，就能够迅速将故障节点隔离开来，并作出相对应报警。所有这些手段都能够有效地提高以太网通信的可靠性和稳定性。本次方案釆用台湾MOXA工业级交换机。1.3.3工业以太网协议因为商用计算机普遍采用的应用层协议不能适合工业过程控制领域现场设备之冋的以太网要求，所以必须在以太网和TCP/IP协议的基础上，建立完整有效的通信服务模型，制定有效的以太网服务机制，协调好工业现场控制系统中实时与非实时信息的传输，形成被广泛接受的应用层协议，也就是工业以太网协议。当前已经制定的工业以太

7、网协议有MODBUS/TCP、ProfiNetEthernet/IP.HSE等。 1.4网络结构图图1-1：工业以太环网综合信息传输平台网络拓扑1-5环网光纤走向调度机房-主斜井中央变电所-南运输大巷-504工作面运输巷南回风巷.主运输巷副斜井-调度室1.6环网平台特点整个自动化综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短，通信更加可靠；所有交换机采用高性能的模块化交换机，避免网络中部分节点故障，同时满足以后的扩容和升级；光纤冗余环网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高矿井工业以太环网光纤冗

8、余环网传输平台通讯协议釆用标准的TCP/IP网络协议；平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。为数据、视频、语音三网合一提供了充足的带宽；整个网管系统可对所有的三维数字化矿山网的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。在矿信息网与监控网中釆用网闸连接，实现监控网的安全隔离。釆用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强。核心交换机提供OPC协议，支持监控软件的集成；整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加,稳定性提高；因为以Internet/Intranet/Infranet整体构架，具有开放的传输接入平台，系统集成能力显著提高，今后矿井各

9、种自动化监测监控系统均可方便就近接入，易于扩展，无须重复布线，节约投资；平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享；井下交换机经过防爆认证，具有“MA”，同时增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行二个小时以上。支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式，如（单）环网冗余、单环双节点冗余、双总线冗余、双环网冗余和环间冗余。环网交换机支持多光口、电口混合连接，支持Web管理，支持SNTP简单网络时间协议，准确记录故障时间。交换机管理软件要求能统一配置、管理、监视所有交换机，可监视所有具有SNMP（简单网络管理协议）功能的设备；支持通讯

10、故障自诊断、定位、报警；在更改设备配置时只要在网管工作站对相关设备进行合适配置，通过网管工作站对网络设备进行日常管理、流量统计、故障分析等。交换机支持流量控制功能，防止广播风暴；支持端口的优先级划分和VLAN划分；支持端口和MAC地址的绑定，提高系统安全性。 1-7主要设备技术参数1.7.1核心交换机IKSG6824.4GTXSFP.HV.HV3层交换机，静态路由。支持RIPV1/V2支持TurboRing、TurboChain协议，冗余自愈以太网（全负荷状态下恢复时间20毫秒）；最大支持4个1000M光口，20个1000M以太网接口；冗余千兆以太网自愈能力和RSTP/STP（IEEE802.

11、1W/D）利用IGMPSnooping及GMRP控制以太网多播流量支持基于端口IEEE802.IQVLAN及GVRP协议，便利网络规划支持QoS-IEEE802.Ip/1Q和ToS/DiffServ,以提高传输确定性支持带宽优化的IEEE802.3ad链路聚合控制协议（LACP）支持IEEE802.IX和https/SSL,提高网络安全性提供SNMPVl/V2c/V3,可进行不同网络层级间的安全管理带宽管理功能能够防止不可预料的网络状态端口锁定让只有特定MAC地址可进行访问端口镜像功能提供在线调试通过e-mail继电器输出可实现自动报警DI接口可完成传感器、报警器与IP网络的整合自动联网设备的

12、IP地址恢复Line-swapfastrecovery（链路交换快速恢复）双220V交流冗余DC电源输入可靠的高强度外壳IP30等级防护标准可通过Web浏览器，Telnet/串口控制台，Windows工具利用ping指令检查网络区段的完整性19寸机架安装。本次方案配置4个1000M光口，20个1000M电口。1.7.2井下环网交换机KJJ137A光信号接口1）传输方式：全双工TCP/IP传输协议，波长为1310nm的单模光纤；2）传输速率：1000Mbps；3）光发射功率：10-5dBm；4）光接收灵敏度：20dBm；5）最大传输距离：10km（使用单模光缆）；6）采用模块化结构，配置4个千兆

13、光口（单模、l（）Km、SFP、LC）,4个百兆光口。以太网电信号接口（本安接口）1）传输方式：全双工TCP/IP传输协议；2）传输速率：10/100Mbps自适合；3）信号工作电压峰峰值：1V5V；4）传输距离：RJ45接口传输距离：100m（使用矿用阻燃通信网线）；5）10个10/100MbDS自适合RJ45口RS485信号接口1）传输方式：半双工RS485信号，双极性；2）传输速率：1200bps-115200bps；3）信号工作电压峰峰值：2V10V；4）信号工作电流峰值：W50mA；5）传输距离：5000m使用矿用阻燃屏蔽通信电缆6）提供8以太网转485总线转换器；电源：1）额定工作电压：AC127V/220V/380V/660V：2）输入功率：不大于64W；3）在电源波动范围内工作电流：不大于0.5A；4）提供不小于4时后备电源；其他