以太环网解决方案
1、介绍
在数据通信的二层网络中，一般采用生成树(STP)协议来对网络的拓扑进行保护。STP协议族是由IEEE实现了标准化，主要包括STP、RSTP和MSTP等几种协议。STP最初发明的是目的是为了避免网络中形成环路，出现广播风暴而导致网络不可用，并没有对网络出现拓扑变化时候的业务收敛时间做出很高的要求。实践经验表明，采用STP协议作为拓扑保护的网络，业务收敛时间在几十秒的数量级；后来的RSTP对STP机制进行了改进，业务收敛时间在理想情况下可以控制在秒级左右；MSTP主要是RSTP的多实例化，网络收敛时间与RSTP基本相同。
近几年，随着以太网技术在企业LAN网络里面得到广泛应用的同时，以太网技术开始在运营商城域网络发展；特别是在数据，语音，视频等业务向IP融合的趋势下，增强以太网本身的可靠性，缩短网络的故障收敛时间，对语音业务，视频等业务提供满意的用户体验，无论对运营商客户，还是对于广大的企业用户，都是一个根本的需求。
为了缩短网络故障收敛时间，H3C推出了革新性的以太环网技术——RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）。RRPP技术是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与STP协议相比，RRPP协议具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。
H3C基于RRPP的以太环网解决方案可对数据，语音，视频等业务做出快速的保护倒换，协同高中低端交换机推出整体的环网解决方案，为不同的应用场景提供不同的解决方案。
2、技术应用背景
当前多数现有网络中采用星形或双归属组网模型，多会存在缺乏有效保护和浪费网络资源等诸多问题，如下图所示：
图1 城域网现网存在的问题
环网优化后的结果如下图所示：
图2 环网应用到城域网中的优势
环网拓扑下的网络由于节点间的光纤分别走不同的管道，不会存在SRG的问题，同时提供快速的保护倒换。H3C以太环网解决方案，成功地解决现网存在的问题，既节省用户建网成本，又提高网络的可靠性，满足不同应用场合的需求。
H3C以太环网解决方案主要应用于企业网和运营商两个市场；通常的应用场景共同特点：光纤资源紧缺，核心设备端口资源紧张，要求成本控制，要求高可靠性。华为-3com针对这部分市场，提出高性价比的、简约的以太环网解决方案，在不增加任何硬件成本的基础上提供网络的高可靠性。
3、技术特色
以太环网解决方案中的RRPP是华为-3com提出针对环网拓扑架构的保护协议，收敛速度快，为网络提供高可靠保护；除快速的业务保护以外，以太环网解决方案是一个低成本的实现方案，并不需要更换硬件，可以在传统的Gigabit以太网口上实现快速业务保护。
4、技术实现方案
以太环网解决方案的核心技术是RRPP环网技术，下面的重点介绍该RRPP环网技术的基本实现机制：
4.1 RRPP基本概念
4.1.1 RRPP域（RRPP Domain）
RRPP域由整数表示的ID来标识，一组配置了相同的域ID和控制VLAN，并且相互连通的交换机群体构成一个RRPP域。一个RRPP域具有如下的组成要素：
RRPP环
一个RRPP环物理上对应一个环形连接的以太网拓扑，一个RRPP域由彼此相交的多个RRPP环构成，其中有一个为主环，其他环为子环。相切环情况下可以都配置为一个主环；一个RRPP域也可以只包含一个RRPP环。RRPP环的角色由用户通过配置决定。
RRPP控制VLAN
每个RRPP域可以具有两个控制VLAN，分别叫做主控制VLAN和子控制VLAN。主环的协议报文在主控制VLAN中传播，子环的协议报文在子控制VLAN中传播。
主节点
主节点是RRPP环上的主要决策和控制节点。每个RRPP环上必须有一个主节点，而且只能有一个。主节点的环上端口分为主端口和从端口，环完整的情况下，通常阻断从端口。
传输节点
环上除主节点之外的其它节点都可以称为传输节点（边缘节点和辅助边缘节点实际上是特殊的传输节点）。一个RRPP环上可以有多个传输节点，如下图所示：
图3 RRPP环网示意图
主端口和从端口
主节点和传输节点接入以太网环的两个端口中，一个为主端口，另一个为从端口，端口的角色由用户的配置决定。
主节点的主端口和从端口在功能上是有区别的。主节点从其主端口发送环路状态探测报文即Hello报文，如果能够从从端口收到该报文，说明本节点所在RRPP环网完整，因此需要阻塞从端口以防止数据环路；相反如果在规定时间内收不到探测报文，说明环网故障，此时需要放开从端口以保证环上所有节点的正常通信。传输节点的主端口和从端口在功能上没有区别。端口的角色同样由用户的配置决定。
4.2 RRPP环（RRPP Ring）
4.2.1 RRPP基本原理
1、RRPP协议基础
每个域上所有节点配置相同的RRPP域ID和控制VLAN
协议报文在控制VLAN中传播
2、正常工作原理
RRPP环主要由一个主节点、多个传输节点和控制VLAN构成，主节点配置主端口和从端口，正常工作时主节点周期性地从主端口发送Hello报文，从端口一旦接收到自己发送
工业以太网交换机应用解决方案
目录 前言 (3) 应用解决方案 (4) 数字化变电站S OLUTION (4) 电力信息采集S OLUTION (5) 高速公路隧道监控系统S OLUTION ..................................................................... 错误！未定义书签。高速公路通信系统S OLUTION.. (9) 智能轨道监控系统S OLUTION (10)
前言 早期的工业网络，大部分注重的是工业交换机的电气、物理、结构等特性。现在的工业网络，除了对以往硬件条件的规范外，随着其向智能、灵活、高效的方向发展，对网管、环网切换、冗余、QoS、路由等软件特性也越来越看重。 上海数据通信有限公司所推出的系列工业交换机产品，不仅在产品元器件、原材料的选择上严格遵照工业级标准，而且在软件功能的丰富性、完善性上面确立了诸多优势。 公司成立于1994年，十多年来一直致力于传统商用及军用路由交换机等产品的自主研发生产。产品涵盖接入、汇聚、核心全系列路由器和交换机、工业/电力EPON、无线AP 及AC控制等领域，主要应用在金融、政府、军队、运营商等行业。依托公司在数据通信产品方面多年的开发经验，我司的工业交换机产品系列传承了丰富的技术积累，主要体现在功能完善、稳定，网络管理软件界面友好、功能强大、自动检测二层环路拓扑、环网切换等功能。 作为一个在通信领域耕耘数十年、以产品开发和产品质量见长的通信公司，我们根据工业领域的应用特征，针对一系列用户所关注的技术问题进行了仔细的研究和攻关，如环网切换时间确保小于50ms、有效的组播转发、广播风暴的抑制、准确的流量控制、长时间的工作在宽温范围、防电磁干扰、防尘防震等等。 工业交换机在电力、交通、能源等工业领域提供了完善的解决方案。未来，我们将继续专注于工业自动化领域，不断延伸产品研发和应用，努力向技术深度、应用广度两个方面发展。
工业以太环网系统
工业以太环网系统 建设方案 建设单位： 供货单位：####################### 日期：2019年1月
目录
1) 本技术方案广泛适用于煤矿综合自动化系统。 2) 我方保证提供设备符合国家标准、规范和本规格书的优质产品及其相应的优质服务。 3) 本技术方案为综合自动化系统初步设计方案，井下子系统接入综合自动化系统时需结合实际情况制定子系统接入实施方案。 系统实施原则及建设内容规划 1) 系统设计、实施始终遵循煤矿安全综合自动化系统等相关标准。 2) 系统建设采用“统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入”的指导思想。 3) 结合煤矿实际情况进行综合设计。 4) 为建设一个稳定、高效的1000M环网平台，能可靠传输数据、语音、图像等信息以满足日益复杂的安全生产管理需要，提高安全生产管理水平。 5) 提供多种子系统接入方式以满足现场各种异构设备接入，保护已有投资。 系统设计原则 考虑到综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目的设计原则为：“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查询性、互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则： ? 先进性、成熟性 使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。 ? 实用性 由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。 ? 可靠性 高效稳定的系统，能提供全年365 天，一天24 小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。 ? 安全性 网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。 ? 易操作性 先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
以太环网解决方案 1、介绍 在数据通信的二层网络中，一般采用生成树(STP) 协议来对网络的拓扑进行保护。STP协议族是由IEEE实现了标准化，主要包括STR RSTF和MSTP等几种协议。STP最初发明的是目的是为了避免网络中形成环路， 出现广播风暴而导致网络不可用，并没有对网络出现拓扑变化时候的业务收敛时间做出很高的要求。实践经验表明，采用STP 协议作为拓扑保护的网络，业务收敛时间在几十秒的数量级；后来的RSTP对STP机制进行了改进，业务收敛时间在理想情况下可以控制在秒级左右；MSTPfc要是RSTP 的多实例化，网络收敛时间与RSTP 基本相同。 近几年，随着以太网技术在企业LAN网络里面得到广泛应用的同时，以太网技术开始在运营商城域网络发展；特别是在数据，语音，视频等业务向IP 融合的趋势下，增强以太网本身的可靠性，缩短网络的故障收敛时间，对语音业务，视频等业务提供满意的用户体验，无论对运营商客户，还是对于广大的企业用户，都是一个根本的需求。 为了缩短网络故障收敛时间，H3C推出了革新性的以太环网技术 RRP(P Rapid Ring Protection Protocol ，快速环网保护协议)。RRPF技术是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够
防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与STP协议相比，RRPP协议具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。 H3C基于RRPP勺以太环网解决方案可对数据，语音，视频等业务做出快速的保护倒换，协同高中低端交换机推出整体的环网解决方案，为不同的应用场景提供不同的解决方案。 2、技术应用背景 当前多数现有网络中采用星形或双归属组网模型，多会存在缺乏有效保护和浪费网络资源等诸多问题，如下图所示： 图1 城域网现网存在的问题 环网优化后的结果如下图所示： 图2 环网应用到城域网中的优势 环网拓扑下的网络由于节点间的光纤分别走不同的管道，不会存 在SRG的问题，同时提供快速的保护倒换。H3C以太环网解决方案， 成功地解决现网存在的问题，既节省用户建网成本，又提高网络的可靠
以太网与令牌环网的区别 一、介绍 以太网： 以太网是20世纪70年代初又Bod Metcalfe和David Boggs发明的，并以历史上表示传播电磁波的以太（Ether）命名。在1980年，DEC、lntel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准。1982年电子和电气工程师协会802委员会在此基础上制定了第一个局域网标准，编号为802.3。 令牌环网： 令牌环网是IBM公司于70年代发展的，现在这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，它是用来围绕工作站计算机的环路进行传输。由于数据包看起来像在环中传输，所以在工作站和MAU中没有终结器。 二、区别 （一）工作原理 以太网的工作原理 当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行： 1、监听信道上收否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。 2、若没有监听到任何信号，就传输数据 3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。） 4、若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。 令牌环网的工作原理 1、具有特定格式的令牌帧绕环行使，将访问媒体的权利从一个结点传递到物理连接的另外一个结点（从一个RPU传递到物理链路另一端的RPU）；
以太环网解决方案技术白皮书 关键词：RRPP 摘要：以太环网解决方案主要以RRPP为核心的成本低高可靠性的解决方案。 缩略语清单： 1介绍 在数据通信的二层网络中，一般采用生成树(STP)协议来对网络的拓扑进行保护。STP协议族是由IEEE实现了标准化，主要包括STP、RSTP和MSTP等几种协议。STP最初发明的是目的是为了避免网络中形成环路，出现广播风暴而导致网络不可用，并没有对网络出现拓扑变化时候的业务收敛时间做出很高的要求。实践经验表明，采用STP协议作为拓扑保护的网络，业务收敛时间在几十秒的数量级；后来的RSTP对STP机制进行了改进，业务收敛时间在理想情况下可以控制在秒级左右；MSTP主要是RSTP的多实例化，网络收敛时间与RSTP基本相同。 近几年，随着以太网技术在企业LAN网络里面得到广泛应用的同时，以太网技术开始在运营商城域网络发展；特别是在数据，语音，视频等业务向IP融合的趋势下，增强以太网本身的可靠性，缩短网络的故障收敛时间，对语音业务，视频等业务提供满意的用户体验，无论对运营商客户，还是对于广大的企业用户，都是一个根本的需求。 为了缩短网络故障收敛时间，H3C推出了革新性的以太环网技术——RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）。RRPP技术是一种专门应用于以太网环的链路层协议，它在以太网环中能够防止数据环路引起的广播风暴，当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证业务快速恢复。与STP协议相比，RRPP协议具有算法简单、拓扑收敛速度快和收敛时间与环网上节点数无关等显著优势。 H3C基于RRPP的以太环网解决方案可对数据，语音，视频等业务做出快速的保护倒换，协同高中低端交换机推出整体的环网解决方案，为不同的应用场景提供不同的解决方案。 2技术应用背景 当前多数现有网络中采用星形或双归属组网模型，多会存在缺乏有效保护和浪费网络资源等诸多问题，如下图所示：
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。 Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要
工业以太环网设计方案 1.1概述 掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。 1.1.1设计综述 掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。 对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。 各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。
控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现 将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。 设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。 1.2控制层网络设备的技术与产品选型 本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。 1.2.1技术选择 现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为 了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其他类型的通信格式，如RS232 RS485或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。以太网TCP/IP技术具有以下的优势： 随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高， 比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。 以太网技术具有相当高的数据传输速率（目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太 网交换机），能提供足够的带宽； 能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架； 支持交互式和开放的数据存取技术；沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；
RPR以太环网功能 基于SDH的多业务传送节点的以太环网功能，是指在SDH环路中分配指定的环路带宽用来传送以太网业务。要求具有如下具体功能：1）以太网环路的传输链路带宽可配置； 华为公司Metro 设备提供弹性分组环功能（RPR），在2.5G的传输通道上可配置2个弹性分组环，其中每个弹性分组环由4个VC4通道组成，组成622M 双向环路承载RPR环路，实现以太业务的接入和汇聚。 2）以太网环路带宽的统计复用功能； 华为公司Metro 设备提供的弹性分组环（RPR）具备环网带宽统计复用功能，在RPR环路中的带宽可由接入该环路的所有节点动态公平共享。 环路对于业务流是统计复用的，各业务流可以共享环路带宽。对于需要有质量保障的业务流确保优先传送（对应高优先级），但对于不需要带宽保障的业务流是公平共享环路带宽的（对应低优先级）。对于低优先级的业务流来说，是加权公平共享环路带宽的。 公平算法实现了带宽的公平接入,简化了流量配置,提高了服务质量:参照下图,高优先级业务不参与公平算法, 完全由人工来配置, 站点C到站点D有20M的高优先级业务,站点C到站点E 有50M的高优先级业务,站点D到站点F有100M的高优先级业务; 低优先级的业务参与公平算法,根据环路剩余带宽自动调节带宽. 假设站点B,站点C,站点D 接入的低优先级业务分别是180M,350M,270M. 那么这个环路的瓶颈在于站点D到站点E之间( 50M +100M +133M +133M + 133M = 550M的环路总带宽),通过带宽的调节,很快达到平衡,因此站点B到站点E有133M的低优先级业务, 站点C到站点F有133M的低优先级业务,站点D到站点G有133M的低优先级业务. 由此可见环路流量的公平算法提高了环路的带宽使用效率, 大大减轻了人工配置管理低优先级业务的劳动量。如果是ETRing组网，如果出现个别站点阻塞，会要造成其他站点低优先级业务大幅度抖动的现象，给用户的看法就是网络不稳定。RPR环路基本没有这种低优先级业务的大幅度抖动。
六种工业以太网比较 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
六种工业以太网比较 摘要：当前，工业以太网技术是控制领域中的研究热点。所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前，几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。本文通过对这六种工业以太网比较，以便更好的应用于系统集成。 关键词：工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA 与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带，以太网得到了工业界的认可。 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当
工业以太环网设计 方案
工业以太环网设计方案 1.1 概述 掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。 1.1.1 设计综述 掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。 对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。在核心层采用千兆工业以太网技术，经过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。
?各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。 ?控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。 ?设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。 1.2 控制层网络设备的技术与产品选型 本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。 1.2.1 技术选择 现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其它类型的通信格式，如RS232，RS485或其它专用通信接口等
工业以太环网设计方案 1.1 概述 掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。 1.1.1 设计综述 掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。 对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。 各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动
化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。 控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。 设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。 1.2 控制层网络设备的技术与产品选型 本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。 1.2.1 技术选择 现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其他类型的通信格式，如RS232，RS485或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。以太网TCP/IP技术具有以下的优势： 随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。以太网技术具有相当高的数据传输速率(目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机)，能提供足够的带宽；
井下工业以太环网管理规定 井下工业以太环网是我矿全面实现井下工业自动化和信息化整合的基础，是井下各类设备工况信息采集、传输的基础和平台。我矿将在此基础上逐步实现井下电网、皮带运输、轨道运输、采掘设备、煤仓仓位、供排水、供液等系统信息的采集、传输、集成。为保证井下工业以太环网、井下人员定位系统和瓦斯监测监控系统安全、可靠、稳定、高效运行，特制定 本管理规定。 一、井下工业以太环网管理规定 第一条信息中心负责井下工业以太环网的整体规划、设计、延伸、改造、运行维护和管理。 第二条信息中心负责井下工业以太环网相关线路和设备的巡检、保养、维护和管理，发现问题及时组织处理。井下无法处理时，应在8小时内换上备用零件（更换期间应采取相应的安全措施）。 第三条未经信息中心允许，不得私自改变井下工业以太环网及其上运行的其他系统相关线路、设备、 附属设施及其接连关系。 第四条机电工区负责井下工业以太环网及运行系统相关设备电源防爆管理。
第五条井下工业以太环网交换机主要安装在各个采区配电室，设备安全及用电保障由责任单位负责。 布设地点如下表： 第六条井下工业以太环网光缆铺设在大巷和轨道巷中，运输工区负责大巷中光缆线路安全，通风工区负责轨道巷中光缆线路安全。
第七条因生产实际需要井下工业以太环网线路改路、延长或出现其它情况的，由当事单位和信息中心协调，信息中心负责方案的提供及施工组织，相关 单位积极配合。 第八条由于生产施工造成工业以太环网相关线路、设备及附属设施故障影响井下工业以太环网通讯时，由事故单位及时向矿总调和信息中心汇报，由信息中心组织相关人员抢修。 第九条信息中心对工业以太环网线路、设备及附属设施进行巡检或维修时，运输工区和通风工区安 排专人配合。 第十条在井下工业以太环网上运行的相关系统 另行制定管理制度。 二、井下人员定位系统管理规定 第一条信息中心负责井下人员定位系统的整体规划、设计、延伸、改造、运行维护和管理。 第二条在井下工业以太环网上运行的井下人员定位系统相关线路设备由信息中心负责维护和管理。未经信息中心许可，不得私自改变井下人员定位管理系统相关线路、设备、附属设施及其接连关系。
EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。 Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP 协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发 PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。 PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。 MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品。显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS 报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O 模块的网关服务的。 MODBUS/TCP协议是作为一种（实际的）自动化标准发行的。既然MODBUS已经广为人知，该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。然而，本规范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值，哪些部分是MODBUS作为可编程的协议交替用于PLC’s的“多余部分”。 它通过将配套报文类型“一致性等级”，区别那些普遍适用的和可选的，特别是那些适用于特殊设备如PLC’s的报文。 POWERLINK=CANopen+Ethernet 鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础，EthernetPOWERLINK 融合了这两项技术的优点和缺点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO和PDO 对象字典的结构 虽然这些工业以太网都是国际标准，但是指的是IEC 61784里的标准，但是这些工业以太网不都是标准的以太网。即这些工业以太网并不都是符合IEEE802.3U的标准，这当中只有Modbus-TCP和EtherNet/IP是符合IEEE802.3U的，只有符合IEEE802.3U标准的，才能与IT 和以太网将来的发展相兼容。而不符合IEEE802.3U标准的，基本上可以讲不是以太网，它们都对以太网进行了修改，或者是硬件或者是软件，已经不是以太网了。
碾沟煤矿工业以太环网技术方案
工业以太网系统技术方案 一、前言 近年来，随着世界科技的发展与全球化，我国提出了两花融合的战略目标，两华融合是信息化和工业化的高层的深度结合，是指以信息化带动工业化、一工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式，两化融合在煤炭产业就是煤矿生产过程监控，全矿井安全生产安全环境监测，生产过程信息综合利用等方面的自动化、智能化和网络化。通过建立以工业以太网维基础平台，实现各自动化控制系统的集中监控，形成完整的管制一体化综合应用系统。 以太网视一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问协议的内容。以太网视当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网、FDDI和ARCNET. 以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网为了最大程度的减少冲突，最大程度的提高网络速度和使用效率，使用交换机来进行网络连接和组织，这样，一台瓦那个的拓扑结构就成了星型，但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(即带冲突检测的载波监听多路访问)的总线争用技术。 二、系统实施细则 作为减少数字化矿井，必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计，其最终的效益要体现在煤矿企业整体效益上，而非在某个生产局部环节，因此作为数字化矿井构架必须充分考虑影响企业最终效益的方方面面，必须涵盖煤矿企业经营管理、安全监控、生产控制、设备监控等各个层面。 2.1系统设计原则 考虑到阳泉煤业集团和顺新大地煤矿综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目是设计原则为：“先进性、成熟性、使用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查性、互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则： 先进性、成熟性 使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既满足当前的需求，又适应未来的发展。 实用性 由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和宽带。 可靠性 高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作，对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定，实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时，整个系统仍能运行。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。 安全性 网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒，防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。
几种典型工业以太网技术比较
1 工业以太网总览 表1给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。 表1-1 常见工业以太网及其管理组织列表 上述各种工业以太网管理组织的标识如图1所示。 图1-1 工业以太网管理组织标识 根据从站设备的实现方式，可将工业以太网分为三种类型： （1）类型A ——通用硬件、标准TCP/IP协议 Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFInet/CbA（版本1）采用这种方式。使用标准TCP /IP协议和通用以太网控制器，结构如图1-2所示。这种方式下，所有的实时数据（如过程数据）和非实时数据（如参数配置数据）均通过TCP/IP 协议传输。其优点是成本低廉，实现方便，完全兼容通用以太网。在具体实现中，某些产品可能更改/优化了TCP/IP协议以获得更好的性能，但其实时性始终受到底层结构的限制。
通用以太网控制器IP TCP/UDP IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-2 工业以太网类型A 结构 （2）类型B —— 通用硬件、自定义实时数据传输协议 Ethernet Powerlink 、PROFInet/RT （版本2）采用这种方式。采用通用以太网控制器，但不使用TCP/IP 协议来传输实时数据，而是定义了一种专用的包含实时层的实时数据传输协议，用来传输对实时性要求很高的数据，结构如图1-3所示。TCP/IP 协议栈可能依然存在，用来传输非实时数据，但是其对以太网的读取受到实时层（Timing-Layer ）的限制，以提高实时性能。这种结构的优点是实时性较强，硬件与通用以太网兼容。 通用以太网控制器 IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-3 工业以太网类型B 结构 （3）类型C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT 、SERCOS-III 、PROFInet/IRT （版本3）采用这种方式。这种方式在类型B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步
工业以太环网系统 建设方案 建设单位： 供货单位：####################### 日期：2019年1月
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1) 本技术方案广泛适用于煤矿综合自动化系统。 2) 我方保证提供设备符合国家标准、规和本规格书的优质产品及其相应的优质服务。 3) 本技术方案为综合自动化系统初步设计方案，井下子系统接入综合自动化系统时需结合实际情况制定子系统接入实施方案。 系统实施原则及建设容规划 1) 系统设计、实施始终遵循煤矿安全综合自动化系统等相关标准。 2) 系统建设采用“统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入”的指导思想。 3) 结合煤矿实际情况进行综合设计。 4) 为建设一个稳定、高效的1000M环网平台，能可靠传输数据、语音、图像等信息以满足日益复杂的安全生产管理需要，提高安全生产管理水平。 5) 提供多种子系统接入方式以满足现场各种异构设备接入，保护已有投资。 系统设计原则 考虑到综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目的设计原则为：“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查询性、互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则： ? 先进性、成熟性 使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。 ? 实用性 由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。 ? 可靠性 高效稳定的系统，能提供全年365 天，一天24 小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。 ? 安全性
工业以太环网系统 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
工业以太环网系统 建设方案 建设单位： 供货单位：####################### 日期：2019年1月 目录
1) 本技术方案广泛适用于煤矿综合自动化系统。 2) 我方保证提供设备符合国家标准、规范和本规格书的优质产品及其相应的优质服务。 3) 本技术方案为综合自动化系统初步设计方案，井下子系统接入综合自动化系统时需结合实际情况制定子系统接入实施方案。 系统实施原则及建设内容规划 1) 系统设计、实施始终遵循煤矿安全综合自动化系统等相关标准。 2) 系统建设采用“统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入”的指导思想。 3) 结合煤矿实际情况进行综合设计。 4) 为建设一个稳定、高效的1000M环网平台，能可靠传输数据、语音、图像等信息以满足日益复杂的安全生产管理需要，提高安全生产管理水平。 5) 提供多种子系统接入方式以满足现场各种异构设备接入，保护已有投资。 系统设计原则 考虑到综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目的设计原则为：“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查询性、互联性和可扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转，整体方案设计遵循以下设计原则： ? 先进性、成熟性 使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。 ? 实用性 由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。 ? 可靠性 高效稳定的系统，能提供全年365 天，一天24 小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙+网闸技术保证系统的安全。 ? 安全性 网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。 ? 易操作性 先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。 ? 实时性 设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
六种工业以太网比较 摘要：当前，工业以太网技术是控制领域中的研究热点。所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前，几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。本文通过对这六种工业以太网比较，以便更好的应用于系统集成。 关键词：工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA 与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带，以太网得到了工业界的认可。 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当增加了一些功能，但这些增