西门子网络技术

西门子网络技术为煤矿安全服务创新科技，引领未来

蔡向前

西门子（中国）有限公司

自动化系统部（北京） 行业拓展经理

手机话：010－64721888－3346

井下工艺流程：掘进------〉采煤------〉运输------〉提升DigExcavation

LifterTranspotation井上工艺流程：原煤------〉洗选工艺------〉成品------〉装运PrimarycoalBunkerJumpdiscardHeavymediumFloatfilteringShippingstationProductbunker西门子全集成煤矿安全监控系统100MbpsRedundantEthernetringPROFIBUS-DPMax.12MbpsEngineeringStation工程师站OperatorStation操作员站1大型马赛克模拟屏S7300控制站1S7400冗余控制站2ET200M远程分布式IOET200M远程分布式IOET200M远程分布式IOET200MOSM光端机模拟屏控制器现场OS站现场OS站现场OS站煤流监控系统井下变电所监控系统提升机监控系统FibreopticRS485RS485水泵监控系统中央110KV变电所监控系统洗选煤厂监控系统综保矸石仓I/O站主洗密度控制站SIMADYNＤ控制站3矿井通压排风监控系统压滤系统I/O站工作面环境监控系统Internet/Intranet井下监控系统PROFIBUSPADP/PALinkDP/PALinkET200iSPROFIBUSDPZone2Zone1Intrinsicallysafeoperatorpanel网络硬件组成：设备+通讯处理（机）卡+传输线全集成煤矿安全监控系统全集成煤矿安全监控系统100MbpsRedundantEthernetringPROFIBUS-DPMax.12MbpsEngineeringStation工程师站OperatorStation操作员站1大型马赛克模拟屏S7300控制站1S7400冗余控制站2ET200M远程分布式IOET200M远程分布式IOET200M远程分布式IOET200MOSM光端机模拟屏控制器现场OS站现场OS站现场OS站煤流监控系统井下变电所监控系统提升机监控系统FibreopticRS485RS485水泵监控系统中央110KV变电所监控系统洗选煤厂监控系统综保矸石仓I/O站主洗密度控制站SIMADYNＤ控制站3矿井通压排风监控系统压滤系统I/O站工作面环境监控系统Internet/Intranet井下监控系统现场监测和控制网络PROFIBUS1100companiesarememberofPROFIBUSInternational(June/2001)morethan2100productsforPROFIBUSareavailable

ASICS

BusMonitor–Camera

Commissioning–Certification

DCS–ElectricActuator–Flow

GasAnalyser–Gateway–Hotline

Support–InstallationMaterial–Level

LiquidAnalyser–Literature–MotorStarter

OperatorPanel–PCModule–PLC

Pressure–ProtocolTester

RemoteI/O–Temperature–Software

Tool–Training–ValvePositioner

VariableSpeedDrive

ValveManifold

Weighing*

randomlist

**notamemberofPI**Reference:ExcellenceinAutomation&Drives:SiemensPROFIBUS

制造商、产品和服务PROFIBUS国际组织(PI)

全球安装突破10,000,000节点!

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全球安装突破10,000,000节点!市场占有率世界第一！PROFIBUS用户组织范围覆盖五大洲全球23个区域用户组织，

超过1100个会员至今已有300多个家厂商提供了

2,100多种PROFIBUS产品

PROFIBUS国际组织(PI)ANALOGHMII/OsDRIVESAFETY控制系统PROFIBUS

LINKPROFIBUSDPPROFIBUSPAPROFIBUS总线结构

一根总线：连接所有的现场设备RS485异步NRZ编码传输，屏蔽双绞电缆每网段32个站，整个网络最大支持126个站网段距离:12Mbps=100m;1.5Mbps=200m;<187.5kbps=1,000m距离可由中继器扩展MBP-IS同步传输（曼特斯特码），固定波特率31.25kBit/s本质安全以及通过总线供电

屏蔽双绞电缆每网段距离可达1,900m（取决于Ex防爆等级和功率损耗）最多126个站，每网段10-32个站（取决于Ex防爆等级和功率损耗）光纤异步数据传输，波特率9.6kBit/s到12MBit/s可调支持单模、多模、塑料或PCS/HCS光纤

网络距离可以扩展到100kmPROFIBUS技术特点PROFIBUS技术特点1：用一根串行的数字总线替代传统的并行24V信号和4...20mA

模拟信号通过一根双芯屏蔽电缆连接中央控制器和现场设备同样适用于防爆环境和有安全要求的应用（见下图）：一个系统适合于不同的应用数据和电源通过同一根电缆传输（PA）

对于所有的设备，只需要一个通用的组态和工程工具（STEP7）

连接不同厂商的设备(2100多种)

开放的、不依赖于厂商的现场总线，并符合IEC61158和61784国际标准高度的数据安全性海明间距＝4工业级屏蔽双绞线和光纤

高度的灵活性系统提供各种接口满足不同的需求支持总线型、星型、环形等各种网络拓扑结构

通过光纤技术实现长距离数据传输

大量的应用实例

PROFIBUS网络协议适用于不同的应用需要PROFIBUS技术特点2：PROFIBUS技术在危险区的解决方案：PCET200OPS7-300S7-400S7-300OLMOLMOLMOLMOLMPROFIBUS光电混合网络：用于井下数据采集尤其适合矿井下大范围数据传输！传输距离最远可达100公里！SIMATICS7SIMOVERTMVCOMBI-

MASTERMICROMASTERSIMATICHMISIMOREG

DC-MASTERPC/PGMASTERDRIVESSIMODRIVESIMOTIONET200SPROFIBUS功能：实现数字化矿井的基础InstrumentationDP/PAPROFIBUS-PA

PROFIBUS在煤矿行业从井下数据采集和监控到井上生产系统已有很多实际应用；PROFIBUS总线功能在国内某实际项目中的描述为什么要使用现场总线?4-20mAInformationgapbetweencontrollevelandfieldlevelPROFIBUSDPOfficeNetIndustrialEthernetTCP/IPOS:singleandmulti-usersystemsES:centralengineeringInterfacestocommandlevelRemoteI/OS7400Controllers?内部已经形成了沉积物Ineedmaintenancein3weeks-Instructions-PartslistSmallerdesignMultivariableLonglastingLow-maintenanceDiagnostics(incl.operatingagents)Maintenancemessages智能化移入现场现代过程仪表因其应用了功能强大的微处理器技术,承担了一部分迄今为止在控制系统中完成的信息处理任务，人们称之为“智能化移入现场”。这也包括过程监督与诊断功能。因此，现场仪表管理一个自动化系统全部功能的一部分。新型现场设备

双向多变量通讯：PROFIBUSPA对比4to20mAPROFIBUSPA

PROFIBUSDPPROFIBUSDP4to20mARemoteI/ODP/PA-LinkSITRANSFUS

Ultrasonic

Flowmeter

许多现场设备能够测量不只一个变量.

现场设备与DCS之间进行双向数据交换.例如SITRANSFUSPA:

-实际流量 -总流量（带复位的流量计数器） -正向总流量（带复位的流量计数器）

-反向总流量（带复位的流量计数器）

-温度

-超声波速率

-超声波振幅的阻尼

PROFIBUSPA提供双向的多变量通讯.（多传感器：本身＋环境） 4to20mA回路仅能够传输一个变量，在仪表中不能进行流量计数.信号转换图

PROFIBUSPA对比4to20mASensorTCRTDSITRANST3KPAµPADPA-interfacePROFIBUSPA

PROFIBUSDPSITRANSTK-HµPADADADPROFIBUSDP4to20mARemoteI/ODP/PA-LinkPROFIBUSPA可以提供：

-4字节浮点数字过程变量：

-每一个过程变量的状态单变量变送器的循环时间<15ms,可访问现场设备里所有的信息 4to20mA要求额外的D/A和A/D转换器.这些转换器：

-在分辨率与转换时间之间需要平衡

-为达到最佳的分辨率需要测量范围

-随时间产生漂移，与环境温度有关

-产生信息障碍Diagnosticsfornetworkcomponents

DiagnosticsforPAfielddevices

DiagnosticsforDPfielddevices

Diagnosticsforbussegments

SIMATICPCS7andPROFIBUS

操作员站上的现场设备诊断屏幕DP/PALink、coupler24VPROFIBUS-PAVendor

XVendor

ZVendor

YVendor

YPA-Profilevendor-specificPROFIBUS-DPVendor

YPROFIBUS:开放性PROFIBUS:投资效益ControllerI/OmodulesTerminalblocksEx[i]PSTerminalblocksDistributionboxes传统方式cabinetControllerConnectionelementsBuscouplerEx[i]PROFIBUSPROFIBUS:投资效益I/O模块、大量的布线、汇线槽、接线端子箱、柜、安全栅、隔离电路、配电箱、机柜在中央控制室使用一套软件对现场设备统一进行工程设计、组态、编程；在控制室进行现场设备的调校、实时性检查、远程诊断和维护等等工作；在调试阶段节省花费；在生产阶段通过预维护和诊断节省花费；在生产阶段通过简单快速的发现问题解决问题节省花费；PROFIBUS应用:经济效益分析控制系统方案比较现场总线选择建议对面临选择的用户提出的参考建议：关于标准：事实证明，不可能存在一个唯一的适用各个行业的国际标准,只能是适合不同行业的标准共存。选择总线：拥有一个实际应用工程项目的用户面对众多现场总线如何选择？适用性、同行业应用业绩、应用基础与市场份额。选择产品：总线的开放性使多家产品兼容，如何选择？实力雄厚、知名度高、产品应用基础好的大公司产品.安全监控主干网络ETHERNET1.以太网的起源：ALOHA无线电系统（Abramson:1968-1972）2.XeroxPARC:（BobMetcalfe/DavidBoggs创建以太网:1973.05.22：2.94Mbps)3.BobMetcalfe/DavidBoggs:1976.06:CSMA/CD协议4.DEC/Intel/Xerox将以太网标准化(1979-1983:10BASE-5：IEEE802.3/ISO88023)5.3Com:1979.06:BobMetcalfe/HowardCharney/RonCrane/BillKrause并于1980-1982年将以太网产品化：6.SynOptics：10BASE-T/StarLAN：1984-1987：思想伟大，但速度欠佳7.交换式和全双工制以太网：1990-1994:KalpanaEtherSwitchEPS-7008.GrandJunction:1992.02.28:HowardCharney/DavidBoggs/RonCrane/LarryBirenbaum:100BASE-TX:FastSwitch10/100和FastNIC1009.1995年的兼并浪潮：Wellfleet+SynOpticsBaynetworks:1994Chipcom-->3Com

GrandJunction/Kalpana-->CISCO公司10.TEEE802.3Z：1996.03:1000BASE-T以太网:历史发展安装在现场控制柜:标准导轨安装,24V供电,无需风扇；0to60°C环境温度,MTBF超过10年;低设备密度,少端口的交换机(尽量减少故障的影响）线型、环型、星型结构,简单的安装,最大的灵活性和较好的扩展能力极端高的实用性需求,网络故障时间<300ms以避免生产停顿网络监控成为工厂监控的一部分.网络模块可以被HMI软件监控,出现故障模块，容易更换非常少的网络改变:交换机与设备的直接连接应用在分隔的机箱内.19“机箱设计,110/220-V供电,需风扇；0to45°C环境温度，MTBF一般为3-5年左右高设备密度,多端口的交换机(每个端口的费用降低)固定线长的星型结构,缺少灵活性一般的实用性需求,网络故障时间以秒或分钟计是可以接受的网络监控必须由专业人员使用专业工具完成，必须有专家配置；网络变化较大:连接标准接口和面板的结构化布线可以覆盖较大的范围以太网:工业和民用差别很大！传输介质SIMATIC控制器网卡网络模块PC/PG网卡SIMATICNET软件IE/PBLink西门子工业以太网产品:SIMATICNETOSMTP22OSMITP53OSMTP62OSMITP62特别适用于要求数据传输高度安全可靠的场合，用于故障安全网络的主干网无故障时:冗余管理器分隔线端，网络信号按图示方向传送；环形冗余结构：矿井综合监控系统主干网络的最佳选择被用作故障安全网络的主干网有故障时:冗余管理器连接线端，网络信号按相反方向传送环形冗余结构：矿井综合监控系统主干网络的最佳选择星型-环型组合网络结构基于组件的自动化对我们的产品想了解更多的信息么？经过实践检验的应用实例自动化ERP

企业资源规划过程自动化人机界面HMI传输网络基于组件的自动化逻辑控制集散控制传感器执行器包含驱动/开关/运动控制SIMOTION分布式集成开放的工业架构

数据通讯数据管理组态编程体系结构企业商务模型企业资产管理工厂检修维护管理任务派遣事物追踪和调查TIA更进一步的信息水平和垂直集成全集成自动化的金字塔TIA

进入MES制造自动化机器设备自动化信息交换与处理中心数据仓库SMTPDNS

TELNETFTPNSPTCP

NVP

UDPICMPARPRARPEthernetPCnet

PDNPLANSeriesIP3COMOmninetNovellwanganARCnet

MCAHyperchannel1Physicallayer7ApplicationLayer6PresentationLayer5Sessionlayer4TransportLayer3NetworkLayer2LinkLayer(MAC&LLC)Application-

oriented

layerTransport-

orientedlayerExcellenceinAutomation&Drives:Siemens以太网和TCP/IP协议S7313C/S7314C/S7315控制器OLM光纤网络模块OLM光纤网络模块PROFIBUS光纤环形网络工作面远程数据采集分站掘进和采煤煤流系统控制PROFIUSDPFibreopticOLMRS485RepeaterRS485>100kmMax.1.000m3214电缆为聚氯乙烯护套、绝缘的阻燃电缆。具有MA认证的隔爆箱功能特点：

复杂的工艺控制功能：如卷曲机、多电机驱动、提升机等同步以及定位控制等。实现高速数据采集和逻辑处理运算

高速通讯：现场总线和以太网；

快速、高精度的运算：32/64位浮点数运算

确保功能的冗余性和灵活性SS52SINECH1SIMADYND:专为煤矿提升而设计的控制器矿井通压排风系统PROFIUSDPFibreopticOLMRS485RepeaterRS485>100kmMax.1.000m3214电缆为聚氯乙烯护套、绝缘的阻燃电缆。具有MA认证的隔爆箱供电系统监控PROFIUSDPFibreopticOLMRS485RepeaterRS485>100kmMax.1.000m3214电缆为聚氯乙烯护套、绝缘的阻燃电缆。具有MA认证的隔爆箱矿井水泵控制PROFIUSDPFibreopticOLMRS485RepeaterRS485>100kmMax.1.000m3214电缆为聚氯乙烯护套、绝缘的阻燃电缆。具有MA认证的隔爆箱主洗1号I/O站监控设备综保综保主洗1#控制站主洗1号I/O站监控设备综保综保主洗3#控制站主洗1号I/O站监控设备综保综保主洗2#控制站10/100M以太网主洗密度控制站相关设备压滤系统1号I/O站监控设备综保综保矸石仓I/O站监控设备综保综保压滤系统控制站1#小电流接地检测系统2#小电流接地检测系统数据采集站集控系统上位机集控系统上位机打印机打印机打印机1#电子皮带秤RS4851#电子皮带秤1#电子皮带秤1#电子皮带秤1#电子皮带秤1#电子皮带秤在线测灰仪洗选煤厂集控系统西门子在煤矿：已有大量的应用实例！西门子在煤矿：已有大量的应用实例！西门子在煤矿：已有大量的应用实例！西门子在煤矿：已有大量的应用实例！蔡向前

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分布式输入/输出工业软件编程设备成像与图像处理