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。
? 实时性
设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
? 完整性
提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
? 可查询性
提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。
? 互联性和可扩展性
把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性。充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
? 经济性
在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、完善的网络系统。所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。
系统设计依据
1) 《煤矿安全规程》；
2) 《煤炭工业矿井设计规范》；
3) 《煤矿安全装备基本要求》；
4) 《煤矿监控系统总体设计规范》；
5) 《煤矿监控系统中心站软件开发规范》；
6) 《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》；
7) 《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》；
8) 《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》；
9) 《设备可靠性试验》；
10)《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》；
11)《煤炭调度信息化装备技术规范》；
12)《监测监控质量标准化实施标准》；
13)《智能调度室装备规范》；
14)《电子计算机房设计规范》；
总体结构设计
系统分为管理层和设备层结构。其中管理层为矿地面局域网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。
在管理层，管理网服务器系统负责收集全矿的生产、管理、经营等方面的信息，并为管理网与国际互联网的连接提供服务；在管理网的各PC终端，可以在统一的界面下根据权限和等级查看全矿的所有信息。
设备层主要包括：传感器、执行器、开关柜等现场设备。
项目达到的效果
系统建成后，能把各个子系统有机整合在一起，能使煤矿井上下各生产环节的生产工况信息在现有条件下进行有效集成，能够将各子系统的数据进行深入挖掘，进而实现相关联业务数据的综合分析以及生产状态的实时评估，达到“管控一体化”和统一调度指挥决策的目标。系统可在地面中央监控室实现对矿井主要生产环节如：煤流、采、运、供电、排水、压风等生产环节的集中监控，部分系统实现可靠无人值守运行，有效提高矿井生产效率；另外可将环境监测、工业电视、主副井提升、通风机、调度通信等系统的信息集中于统一的数据库管
理、存档、检索。同时可实现整个矿井的综合自动化网络和管理信息网络的的无缝连接，矿各级领导和有关职能部门均可以通过网络终端进行数字化矿山系统的实时监测、数据报表显示查询，矿调度人员及相关管理人员同步掌握生产设备运行状态、产量及安全情况，便于快速做出反应，及时调度。
系统能通过矿的网络统一出口，与数据中心完成无缝对接，实现煤矿生产信息、安全信息和管理信息实时交换，远程显示、查看相关数据。
系统将矿井的环境安全监测系统、人员定位系统、电网监控系、各主要环节自动化控制系统等信息集成到统一的平台软件上进行综合分析处理，能实现矿井生产设备的优化运行控制和瓦斯等灾害的预警及联动控制。煤矿建成的基于工业以太环网+现场总线技术的数字化矿山系统，信息汇接能力强大，留有充分的扩展端口以适应系统今后扩容发展的需要.
千兆工业以太环网平台
本次工业以太网系统建设地面、井下4个1000M环网，采用地面网络和井下环网方式。地面调度指挥中心的各种服务器、上位机、操作站、工程师站等均直接接入中心的核心交换机上，核心交换机接入矿方管理网络，但需矿方管理网络提供足够的网络接口。井下各监控设备就近接入环网交换机。这种布局网络结构清晰，网络层次分明，数据采集服务器直接连到核心交换机上，链路路径最直接，采集数据快捷。
平台主要由核心交换机、井下环网交换机、组成。
全网建成后的性能可以保证达到以下水平：全网交换机连接均可基于单、多模光纤或铜介质，可按需要任意选择；光纤网络中的任何位置发生一个断点事故均可在瞬间内完成链路通信的恢复；全网基于统一、简洁的网络管理。
机房核心交换机：
在调度室中心机房配置1台赫斯曼公司的MACH4002-24G-L3EHCP三层核心交换机。
井下环网：
在中央采区泵房变电所、140M水平泵房变电所、北一采区变电所、北一采区泵房变电所、中央采区变电所共5个节点配置5台KJJ127，1000M环网交换机，组成井下环网。
其他技术要求
1) 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；
2) 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（0.05S），通信更加可靠；所有交换机采用高性能的千兆交换机，避免网络中部分节点故障，同时满足以后的扩容和升级；
3) 矿井工业以太环网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余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议；
4) 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足够的带宽；
5) 整个网管系统可对所有的综合自动化网的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。
6) 在矿信息网与监控网中采用天融信防火墙连接，实现监控网的安全隔离。
7) 采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；
8) 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；
9) 由于以Internet/Intranet/Infranet为整体构架，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；
10) 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；
11) 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，可运行四个小时以上。
12) 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，本次投标方案采用单环单节点双冗余环网。
13) 环网核心交换机每个模块插槽能够配置一块引擎模块，引擎模块上的子卡插槽，可以配置不同种类的网络接口卡。
14) 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。
15) 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。
16) 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。
主要设备技术参数
2.3.1 核心交换机
端口转发速率：1.488Mpps，背板带宽＞40Gbps；
1)端口配置：
千兆电口（10/100/1000Mbps自适应）：16个；
千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）：4个。
2)端口延时：<32ms。
3)支持SNTP简单网络时钟协议协议。
4)支持端口优先级IEEE802.1D/p协议。
5)支持静态路由、RIP V1/2、OSPF等路由协议，支持VRRP路由冗余。
6)支持组播IGMP Snooping、GMRP，支持组播路由DVMRP/PIM DIM。
7)支持1024个IEEE802.1Q VLAN。
8)支持4个以上链路聚合。
9) 支持DHCP Option 82、DHCP Realy、Hidiscovery。
10)冗余保护：支持HIPPER-RING协议、支持RSTP协议；光纤环冗余：单环支持50台以上节点交换机，自愈保护<50ms；冗余耦合：切换时间<1s。
11)网管：
支持串口、WEB界面、SNMP V1/ V2/ V3；
支持拓朴自动发现；
支持命令行、V.24、Telnet、BootP；
提供交换机的集中和功能管理软件工业及企业版，图形化实时监控软件，可通过图形画面实时监测环网状态，应监测到每一端口；
12)提供OPC Server软件，环网状态信息可集成至集控软件平台。
2.3.2 地面环网交换机（MS4128-L2P）
1)端口转发速率：1.488Mpps，背板带宽＞5Gbps；
2)端口配置：
百兆电口（10/100Mbps自适应）：16个；
千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）：4个；
3)工业标准机架式安装
4)采用存储-转发技术，支持自动协商功能、自适应全双工/半双工、自适应10/100baxxxxse-TX（5）端口、自适应MDI/MDIX。
5)MTBF(平均无故障时间)不小于100万小时管理：
6)所有交换机提供 OPC通讯方式对交换机进行监控、故障诊断和趋势图分析的功能。
7)支持RSTP、SNMPV1/V2/V3、IGMP snooping、VLAN、QOS、TRUNKING、MIRRORING、（9）DHCP等功能。
8)网络距离：单模10/20/80KM
9)相对湿度：10% ～ 95%(非凝结)
10)工作温度：0 °C～+70 °C
11)支持光纤环网冗余，自愈时间低于50ms；支持环间耦合，耦合时间小于1s。
12)保护等级IP20，全封闭式金属钢质外壳，无需风扇散热
2.3.3 井下矿用隔爆兼本安全型环网交换机（KJJ137）
交换机为隔爆兼本安型交换机核心，其单台交换机技术指标如下：
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： 1000 Mbps；
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个千兆光口（单模、10Km、SFP、LC）。
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：10/100 Mbps自适应；
3)信号工作电压峰峰值：1V~5V；
4)传输距离：RJ45接口传输距离：100m（使用矿用阻燃通信网线）；
5)12个10/100Mbps自适应RJ45口，可扩展为20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-115200 bps；
3)信号工作电压峰峰值：2V~10V；
4)信号工作电流峰值：≤50mA；
5)传输距离：5000m使用矿用阻燃屏蔽通信电缆
6)提供4以太网转485总线转换器；
一、交换机的基本技术参数
1. 设计成为本质安全型，配接新设计的12V
2. 千兆以太网光信号接口
a) 接口数量：4个
b) 连接方式：LC
c) 传输方式：全双工TCP/IP以太网光信号传输协议；
d) 传输速率：1000Mbps
e) 光发射功率：-10～0dBm（1310nm，单模光纤）
f) 光接收灵敏度：-20dBm（1310nm，单模光纤）；
g) 最大传输距离：10km（发射光功率-10dBm～0dBm；接收灵敏度-20dBm；使用
MGTSV（2～72）B型单模光缆，MGTSV（2～148）×1型单模光缆）；
3.千兆以太网光信号接口（SC，ST，FC）
a) 接口数量：4个；
b) 连接方式：SC；/FC/ST
c) 传输方式：全双工TCP/IP以太网光信号传输协议；
d) 传输速率：10/100 Mbps自适应；
e) 光发射功率：≥-15dBm（1310nm，单模光纤）；
f) 光接收灵敏度：≤-25dBm（1310nm，单模光纤）；
g) 最大传输距离：10km（发射光功率-15dBm～0dBm；接收灵敏度-25dBm；使用
MGTSV（2～72）B型单模光缆，MGTSV（2～148）×1型单模光缆）；
4. 以太网电信号接口（本安）
a) 接口数量：16个；
b) 传输方式：全双工TCP/IP以太网电信号传输协议；
c) 传输速率：10/100 Mbps自适应；
d) 信号工作电压峰峰值：1V~5V；
e) 传输距离：100m（MHYV 4*2型矿用网线MHYV 2×2×0.75 mm2型矿用通讯电缆）；
5. RS485信号接口
a) 接口数量：4个
b) 传输方式：主从式异步，半双工RS485信号；
c) 传输速率：9.6Kbps；（波特率自适应，600，1200，2400，4800，9600）
d) 信号工作电压峰峰值：2V~12V；
e) 信号工作电流峰值：≤30mA；
f) 传输距离：（通信距离随不同的波特率而不同，使用导线截面积1.5 mm2，MHYV
2×2×7/0.28型矿用通讯电缆）；
d) 最大传输距离：和不同的传输速率对应；
e) 传输信号工作电压峰峰值：2V～12V。
6. CAN接口（硬件上设计，软件上预留）
a) 接口数量：1或2个
b) 传输方式：主从式异步；
c) 传输速率：9.6Kbps；（波特率自适应，600，1200，2400，4800，9600）
d) 信号工作电压峰峰值：2V~12V；
e) 信号工作电流峰值：≤30mA；
f) 传输距离：（通信距离随不同的波特率而不同，使用导线截面积1.5 mm2，MHYV
2×2×7/0.28型矿用通讯电缆）；
d) 最大传输距离：和不同的传输速率对应；
e) 传输信号工作电压峰峰值：2V～12V。
技术培训
（1）理论培训：在安装使用前，在乙方对相关系统操作维护人员及专业技术人员7－10人进行为期一周的培训学习。内容包括必要的理论学习和实际操作，培训结束后，进行测试。在培训中，主要注重培训实际操作能力，通过前期的技术培训，使维护人员、操作人员对系统有一个较全面的了解，并能完成日常的操作及维护。
（2）实践培训（在甲方）：在相关系统安装时，结合现场实际，为期5-7天的时间进行现场指导、讲解，使他们较好地掌握系统的操作使用，维护方法及常见的故障处理。由于本系统是融电子技术、网络技术、测量技术、计算机应用、数据通讯等跨学科专业高技术产品，对其操作人员有较高的要求，为保证系统的正常运行，因此建议，所配备的系统监测人员应具
备高中以上文化程度，技术人员应具备大专以上文化程度，且以计算机应用、电子技术、自动化专业为宜。
售后服务承诺
乙方对产品实行一年质保，终生保修的服务承诺；不定期进行回访，调查设备运行情况，并进行售后技术跟踪服务。
质保期内
1）质保期间的所有系统设备，乙方将免一切维修费用（人为损坏和不可抗拒因素损坏除外），如确是质量问题，可包换，设备发生非人为的故障，乙方在接到甲方的通知后48小时内，派售后服务人员赶到现场服务；
2）系统在使用中，如操作维护人员还要求进行再培训，乙方将免费继续培训、直到熟悉掌握为止。
质保期外
1)质保期后，乙方仍向甲方提供优惠服务，负责自产系统软件免费升级；
2)乙方负责对其售出的产品长期提供技术支持，不定期为用户发布产品新技术信息
附件：设备配置清单
序号设备名称型号单位数量备注
1工业级三层核
心交换机
MAICS5028G台1
4千兆光+16千兆
电
2矿用隔爆兼本
安型环网交换
机
KJJ127台5
4千兆兆+16千兆
电+4千兆光+4个
485
3千兆光模块块21
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。
工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）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；
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
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
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；
工业以太网简介: 工业以太网就是基于IEEE 802、3 (Ethernet)得强大得区域与单元网络。利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新得多媒体世界得途径。 企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供得广泛应用不但已经进入今天得办公室领域,而且还可以应用于生产与过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工与自适应得100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802、3u 得标准)也已成功运行多年。采用何种性能得以太网取决于用户得需要。通用得兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来得利益 :市场占有率高达80%,以太网毫无疑问就是当今LAN(局域网)领域中首屈一指得网络。以太网优越得性能,为您得应用带来巨大得利益: 通过简单得连接方式快速装配。 通过不断得开发提供了持续得兼容性,因而保证了投资得安全。 通过交换技术提供实际上没有限制得通讯性能。 各种各样联网应用,例如办公室环境与生产应用环境得联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间得通讯,例如,ISDN 或Internet 得接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证得技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷得工业环境,包括有高强度电磁干扰得区域。 工业以太网络得构成 :一个典型得工业以太网络环境,有以下三类网络器件: ◆网络部件 连接部件: ?FC 快速连接插座 ?ELS(工业以太网电气交换机) ?ESM(工业以太网电气交换机) ?SM(工业以太网光纤交换机) ?MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线与光纤 ◆ SIMATIC PLC控制器上得工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工 业以太网。 ◆ PG/PC 上得工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能:为了应用于严酷得工业环境,确保工业应用得安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要得性能: ?工业以太网技术上与IEEE802、3/802、3u兼容,使用ISO与TCP/IP 通讯协议?10/100M 自适应传输速率 ?冗余24VDC 供电 ?简单得机柜导轨安装 ?方便得构成星型、线型与环型拓扑结构 ?高速冗余得安全网络,最大网络重构时间为0、3 秒 ?用于严酷环境得网络元件,通过EMC 测试 ?通过带有RJ45 技术、工业级得Sub-D 连接技术与安装专用屏蔽电缆得Fast Connect连接技术,确保现场电缆安装工作得快速进行 ?简单高效得信号装置不断地监视网络元件 ?符合SNMP(简单得网络管理协议) ?可使用基于web 得网络管理 ?使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络。 工业以太网冗余原理
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。
工业以太网技术全面解析 高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。下面对它们进行简单比较。Ethernet/IP Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。 实现实时性的方法 Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。 Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。 Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。 EPA EPA是在“863”计划的支持下，由浙江大学、清华大学、浙江中控技术公司、大连理工大学、中科院自动化所等单位联合制定，是用于工业测量和控制系统的实时以太网标准。
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：
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
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
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。
工业以太网的构成及重要性能介绍 西门子就逐步地把以太网的概念引入到工业控制领域，到今天，西门子SCALANCE系列工业以太网交换机产品，已经在冶金、烟草、汽车、煤矿、造船、地铁、电力、风电、交通、石化、水处理等多个行业的多个项目中得到了成功的应用，产品线也日臻完善。 工业以太网简介 工业以太网是基于IEEE 802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来的利益 市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：通过简单的连接方式快速装配。 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。 工业以太网络的构成 一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件： 网络部件 连接部件： FC快速连接插座 ELS(工业以太网电气交换机) ESM(工业以太网电气交换机) SM(工业以太网光纤交换机) MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤 SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。 PG/PC上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC
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。
工业以太网网络规划原则 不管“工业 4.0”还是“工业互联网”其技术本质都是自动化与信息化的深度融合。在融合的过程中网络会不断地增长。不断增长的网络复杂度为工业控制网络的设计方法提出了新的挑战。 目前实际工业应用的网络一般由控制工程师成设计，网络性能主要由控制工程师经验决定。但是随着网络复杂度增加，这难以保持高效与可靠。在大规模网络中，如何确定网络性能的瓶颈变得非常的棘手。并且，小规模网络中获取的网络设计经验未必适用于大规模网络。控制工程师设计工业控制网络需要保障网络 QoS 性能，避免工业控制网络的性能成为工业自动化系统性能的瓶颈。 工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显。工业以太网制造现在信息的强大性跟控制的快捷性，能够实现快速的串联跟控制，为现代工业制造实现真正意义上的“E网到底”奠定了良好的基础。工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的最佳解决方案，
也是当前现场总线中的主流技术（如下图1是工业以太网在工业控制系统的各个层级的应用）。 图1、工业以太网在自动化系统各个层级的应用 在上图中虽然从网络的网络上在自动化系统的各个层级都可以是以太网，但在各个层级上的以太网上运行的协议并不相同，这是由于控制系统的应用决定的。在控制系统的各个层级对传输的数据量、响应时间、传输的频次等的要求如下图2所示。
Network World ? 网络天地Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程? 11【关键词】工业 以太网技术 冗余 工业以太网它的成本低，效率高，方便 安装且功耗较低吸引了越来越多的厂商。控制 系统和自动化系统通常使用的该技术来完成任 务。核电力的实际应用在许多领域，电力和运 输是一个复杂的工业，控制环境变化使用户对 以太网的可靠性的要求也越来越高。为了保证 整个通信系统的网络系统不受干扰通信系统的 影响，或产生其他通信或通信系统瘫痪的问题， 以太网冗余技术被广泛采用来提高容错率。 1 工业以太网技术 以太网具有通信速率高、兼容性好、互 联扩展性好、功耗低、安装方便等优点。所谓 的工业以太网是什么？其实就是在工业上广泛 应用的一种技术，与其他以太网的技术都是类 似的。因此，工业以太网技术继承了以太网技 术的优势，与传统的现场总线相比较具有很多 优点。主要的有点体现在下面几个方面： （1）以太网在计算机网络技术中的应 用中最为广泛，它得到了广泛的技术支持。 以太网最典型的应用形式是以太网+TCP/ IP+Web 。常用的编程语言，如Java 、Visual C++和Visual Basic ，都支持以太网的应用开发， 这些编程语言特别受欢迎，软件开发人员都喜 欢应用这些编程语言，开发前景一片良好。工 业控制领域采用以太网通信，可以选择更多的 开发工具，开发环境。 （2）由于商用以太网的广泛应用，主要 的通信设备开发商和制造商致力于以太网交换 机的开发和生产，这使得工业以太网交换机更 便宜。因为他应用的广泛，硬件价格很低，现 在以太网网卡它的价格在现场总线价格的十分 之一左右，而且随着集成电路技术的快速发展， 其价格还会更低。 （3）目前，该技术比较成熟，广泛使用 的以太网通信速率为10M 、100M 和1000M 。 这比任何当前的现场总线都快。因此，以太网 能够满足工业控制对带宽不断增长的要求。工业以太网交换机环网冗余的实现 文/孟飞 （4）基于TCP/IP 协议模型的以太网是完全开放的。因此，信息网络与控制网络可以实现无缝集成。因此，嵌入式控制器、智能现场测控仪器和传感器可以方便地连接到现场控制网络，甚至管理网络。2 环网冗余技术以太网环网是环网冗余最为简单的拓扑结构。任何网络节点都有一个交换机和两个相邻的节点。如果其中一个端口被设置成了默认阻止，那么我们可以认为交换机此时工作正常，用来防止以太网的数据帧转发，并且保证它在物理上是一个循环，不论它有没有逻辑循环。所以，一般主交换机有两个端口，同时也存在两个检测问题的办法。首先端口为主端口和辅助端口，检测方法为故障报警以及循环检测，主端口包括环路上其他设备的端口，辅助端口为拥塞端口一般只存在一个，而检测主要是为了保证环网的连通性，以防发生问题。（1）主设备节点首先要转发端口，其次发送循环检测，所谓循环检测就是按照规定时间发送检测帧，它的功能为检测环网的问题，当它正常工作时主设备节点的下级端口就会接收环网一周左右的检测帧，但是在规定时间中没有接收到检测帧，主设备节点会快速的打开阻塞端口。以此保证它在逻辑上的线性结构，紧接着主设备节点要进行的是清空交换机中的转发表（FDB 表），清空之后会发送数据包，然后剩下的节点都会跟从主设备节点清空FDB 表。这样的话所有交换机就会学习新的网络拓扑。交换机的接口出现问题时就会向主设备节点报警，以此来打开拥塞控制，然后清空FDB 表，一般的环网交换机都存在两个接口，任意一个发生问题都会报警。在最后主节点将数据包发送到环上的每一个节点，节点接到指示后清空FDB 表并学习全新的拓扑结构。（2）环网冗余切换机制在环网出现问题的情况下，主要的设备实现节点定期发送测试帧在主端口，如果环网故障恢复，那么下一个测试帧就会准时接收端口，然后主节点就会恢复正常，从时间端口就会拥塞控制包，更新FDB 表，给传输节点发送控制消息，传输节点接收指示，根据指示内容也会更新FDB 表，并学习新的网络拓扑。3 以太网中环网冗余的具体实现之所以快速环网会被研究出来，主要是为了方便用户发现环网中存在的问题，以方便 及时的修复，以免造成更大的损失。这个技术是美国知名的控制公司研究实现的，它的工作原理主要如下：当环网出现断链的问题时，就可以在交换机上报警，用户就会收到报警的消息，从而及时的处理问题，该项技术的优点就是，可以快速的修复环网在网络上的故障，也是以此来减少因故障带来的损失。快速环网技术使用过程中时，我们可以形成一个简单地环网，首先在众多交换机当中设置一个主交换机，其次把每一个交换机的两个端口相互连接，还需要把每个交换机都设置成快速环网，这样连接的两个端口就可以保持正常运行。在主交换机的网络中会存在备用端口，所谓备用端口就是在紧急情况下可以进行网络修复的。网络在正常运行时，备用端口进入休眠状态，不会影响每个交换机之间的相互工作，如果备用端口被激活。那么就证明线缆连接中出现了问题，备用端口就会发挥它的作用，保证环网工作的正常进行，指导主交换机发起报警，出现的问题被修复之后，备用端口就会再次进入休眠状态。而且快速环网还可以支持双环网的连接，在每一个方面都会拥有更大的灵活性。4 总结随着工业以太网技术在工业控制领域的广泛应用，其可靠性越来越受到重视。保证工业以太网可靠性的方法是利用设备冗余为以太网中的交换设备和链路提供冗余保护。参考文献[1]周乐文.高可靠千兆以太网交换机研究[D].长沙：国防科技大学,2011.[2]邹航宇.工业以太网冗余协议研究[D].上海：上海交通大学,2013.[3]孙明刚.工业以太网中冗余问题的研究[D].成都：西南大学,2008.作者简介孟飞（1986-），男，河北省无极县人。硕士研究生学历。工程师。主要研究方向为计算机网络。作者单位北京计算机技术及应用研究所 北京市 100854