【正文】 度。國家煤礦安全監(jiān)察局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在新近舉行的制定《煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)安全條件》研討會上提出，使用工業(yè)以太網(wǎng)作為井下的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線作為連接傳感器等現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)當(dāng)是近期內(nèi)礦井傳輸網(wǎng)絡(luò)的研究重點和建設(shè)方向。為了安全和可靠在煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和企業(yè)管理層局域網(wǎng)之間設(shè)置防火墻，用來隔離管理網(wǎng)與生產(chǎn)控制網(wǎng)，保證生產(chǎn)控制網(wǎng)的安全。當(dāng)聚合鏈路中一條或幾條（不是全部）意外損壞時，數(shù)據(jù)仍然可通過剩余的物理鏈路傳輸。實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺，它嵌入在目標(biāo)代碼中，在系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，負(fù)責(zé)在硬件基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用軟件建立一個功能更為強(qiáng)大的運(yùn)行環(huán)境，用戶的其它應(yīng)用程序都建立在 RTOS 之上。工業(yè)環(huán)網(wǎng)與企業(yè)信息網(wǎng)間采用雙網(wǎng)卡信息發(fā)布服務(wù)器+防火墻技術(shù)，或建議其它安全性更高的方式。目前，提供千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的生產(chǎn)商有德國赫斯曼、德國西門子、中國東土電信和臺灣摩莎公司等。5）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)：單一網(wǎng)絡(luò)提供不小于 99 個站點的連接能力，并能根據(jù)應(yīng)用需要，支持靈活的網(wǎng)絡(luò)分段以及相應(yīng)的隔離或者橋接方案。當(dāng)其中某一段工作中的光纖線路被破壞或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時，整個網(wǎng)絡(luò)會自愈，并在 300ms 內(nèi)恢復(fù)正常的通訊。10）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及節(jié)點劃分：科學(xué)按區(qū)域、節(jié)點數(shù)量劃分綜合自動化控制網(wǎng)。數(shù)據(jù)塊傳送和報文發(fā)送都可通過組態(tài)完成，不需額外編程；同時也支持 B/S、C/S 結(jié)合控制方式。安全生產(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)控等綜合自動化系統(tǒng)通過智能接入分站/網(wǎng)關(guān)/ 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入井上下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合信息自動化控制平臺的主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，主干網(wǎng)傳輸介質(zhì)為光纖，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，目前主要應(yīng)用在路由器和交換機(jī)上。在交換式以太網(wǎng)中，冗余的管理能夠?qū)崿F(xiàn)很高的網(wǎng)絡(luò)可用性，交換式高速以太網(wǎng)啟用環(huán)冗余的時間少于 300ms，也就是說，一條鏈路出錯后，網(wǎng)絡(luò)可以在 300ms 時間以內(nèi)重新可用。在煤礦綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺骨干網(wǎng)的設(shè)計中將采用工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)技術(shù)組成。通過以上分析可以看到，以太網(wǎng)在技術(shù)、速度和價格等許多方面都有著其它網(wǎng)絡(luò)無可比擬的優(yōu)勢，隨著以太網(wǎng)性能的提高和解決以太網(wǎng)實時性問題的技術(shù)不斷推出，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場將是工業(yè)控制領(lǐng)域的必然選擇。另外以太網(wǎng)可以滿足對帶寬的更高要求。 工業(yè)以太網(wǎng)是礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺的最佳選擇與包括現(xiàn)場總線在內(nèi)的其它網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有以下優(yōu)點：（1） 應(yīng)用廣泛以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，受到廣泛的技術(shù)支持。 當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展以太網(wǎng)描述了物理層的數(shù)據(jù)鏈路層，并已成為 Inter 的協(xié)議。這項技術(shù)使得多個網(wǎng)上設(shè)備之間同時進(jìn)行通信時不會有沖突發(fā)生。這樣如果網(wǎng)絡(luò)比較忙碌，或沖突節(jié)點相距甚遠(yuǎn)時，就可能發(fā)生某些節(jié)點的信息不能及時發(fā)送，甚至長時間發(fā)不出去的情況，這在工業(yè)控制中是大忌。 另一重要原因時以太網(wǎng)已經(jīng)在局域網(wǎng)和 Inter 上取得成功，而工業(yè)底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線協(xié)議則數(shù)目眾多，不同協(xié)議的兼容問題一直困擾工業(yè)界。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。IP 技術(shù)是 Inter 的基礎(chǔ)，它相當(dāng)于地址門牌號，被許多傳輸協(xié)議所應(yīng)用，如 IEEE1394，ATM（asynchronous transfer mode） ，TCP， UDP(the user datagram protocol)等等。 設(shè)備級總線應(yīng)能滿足本質(zhì)安全要求或經(jīng)簡單的安裝能滿足本質(zhì)安全要求，低速總線應(yīng)能給被連接的現(xiàn)場設(shè)備直接供電或共纜供電，因此礦井低速現(xiàn)場總線的傳輸媒體一般不宜采用光纖。他們從 Type1～Type8 分別是：IEC61158 技術(shù)規(guī)范（即 IEC/ISA SP50，曾試圖使之成為統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)的一個技術(shù)規(guī)范） ；Control Net 現(xiàn)場總線；Profibus 現(xiàn)場總線；PNet 現(xiàn)場總線；FF HSE（ High Speed Ether，高速以太網(wǎng)） ；Swift Net 現(xiàn)場總線；WorldFIP 現(xiàn)場總線；Interbus 現(xiàn)場總線，此外，還有德國 Bosch 公司推出的 CAN（控制器局域網(wǎng)）現(xiàn)場總線和由美國 Echelon 公司推出的 Lon Works 現(xiàn)場總線，在許多行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。 煤礦用現(xiàn)場總線目前國內(nèi)較為典型的礦用綜合自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用有：神東公司大柳塔煤礦綜合自動化系統(tǒng)，兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦及晉城礦務(wù)局寺河煤礦的美國霍尼威爾（Honeywell ）公司 HIMASS 系統(tǒng)，以上三套裝備均采用的是礦用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。? 可擴(kuò)充性：要擁有簡單易行的擴(kuò)充升級能力，滿足未來的應(yīng)用擴(kuò)展的需要。可以預(yù)見、工業(yè)以太網(wǎng)也將是未來礦井寬帶通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然選擇。5） 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ笥捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和吸引大量的技術(shù)投入。因此，如果采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，可以保證多種開發(fā)工具、開發(fā)環(huán)境供選擇。充分利用煤礦現(xiàn)有的資源，少花錢、多辦事；（4） 采用的技術(shù)和設(shè)備安全可靠、先進(jìn)實用、系統(tǒng)開放、易于升級，易于擴(kuò)展；（5） 采用現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)，符合煤炭行業(yè)信息化建設(shè)總體規(guī)劃綱要；（6） 本著保護(hù)用戶投資，最大限度地利用用戶已成功使用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保不影響這些系統(tǒng)的正常運(yùn)行；（7） 系統(tǒng)建設(shè)基于煤礦計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)，基于 Web、B/S 結(jié)構(gòu)，能夠與現(xiàn)有綜合信息查詢軟件集成，能夠非常方便實現(xiàn)信息聯(lián)網(wǎng)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。5） 基于信息融合技術(shù)滲透到生產(chǎn)與經(jīng)營各個層面的決策支持系統(tǒng)。我國要建設(shè) 100 對高產(chǎn)高效礦井，20 對特級高產(chǎn)高效礦井，走集約化生產(chǎn)道路，在效率、單產(chǎn)、技術(shù)水平、科學(xué)管理、安全生產(chǎn)、經(jīng)營調(diào)度等方面趕上世界先進(jìn)水平，以先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件技術(shù)等采集、處理生產(chǎn)、安全、經(jīng)營等信息。在我國，傳統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要有 KJ4 系統(tǒng)、KJ90 系統(tǒng)、KJ95 系統(tǒng)等，這些監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場測控分站和控制中心主站組成。每種系統(tǒng)都需要建立自己的通信網(wǎng)絡(luò)，造成重復(fù)投資，通信資源利用低下。煤炭行業(yè)的信息化改造就是用信息技術(shù)改造煤炭行業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營模式，實現(xiàn)從礦山勘探、礦山規(guī)劃設(shè)計、礦山開拓建設(shè)、煤礦生產(chǎn)過程、礦山經(jīng)營決策的數(shù)字化、信息化。在新一代煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域，使用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建礦井寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，對工業(yè)以太網(wǎng)在煤礦井下應(yīng)用的可行性、可靠性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和證明，通過了煤礦安全防爆認(rèn)證和工業(yè)性現(xiàn)場試驗測試，取得了極高的評價。365 天，每天 24 小時正常運(yùn)行，保證各系統(tǒng)的保密性和安全性。目前的工業(yè)控制領(lǐng)域有兩種較為流行的技術(shù)方案，一個是現(xiàn)場總線技術(shù)，另一個就是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。目前以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價格只有 Profibus，F(xiàn)F 等現(xiàn)場總線的十分之一，并且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，其價格還會進(jìn)一步下降。如今的控制網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)已經(jīng)成為企業(yè)層和控制層的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)設(shè)計過程中著重考慮以下幾點要求：? 實用性：從實際應(yīng)用角度出發(fā)，力求簡單實用。 礦井綜合自動化網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與發(fā)展目前的工業(yè)控制領(lǐng)域有兩種較為流行的技術(shù)方案，一個是現(xiàn)場總線技術(shù)，另一個就是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。目前現(xiàn)場總線已廣泛用于過程控制、制造業(yè)及其它測控領(lǐng)域，如電力監(jiān)控、樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控、交通工具、能源管理、自動測試系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、機(jī)器人及其它各種自動化領(lǐng)域。（2）傳輸距離。（6）硬件軟件支持和開發(fā)難度。而TCP 就是解決這一問題的，它在兩點之間建立一條可靠的連接通道，保證數(shù)據(jù)流的正確傳遞。但隨著儀器儀表智能化的提高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也必將趨于復(fù)雜，未來傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能已不滿足幾個字節(jié)，甚至是 WEB 網(wǎng)頁，所以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽诠I(yè)控制中越來越重要。 10 多年前，人們還一直認(rèn)為以太網(wǎng)是為辦公自動化設(shè)計的，并沒考慮工業(yè)要求，比如缺乏確定性（determinism） 、魯棒性（robustness） ，在車間底層網(wǎng)中應(yīng)用是脆弱的，存在不可預(yù)見性。在過去幾年中，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有了許多進(jìn)步，特別是在確定性，速度和信息優(yōu)先級方面。以太網(wǎng)不僅能建立一個高效開放有確定性的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，而且由于它已經(jīng)在局域網(wǎng)上廣泛應(yīng)用，所以它在控制層的應(yīng)用可以使“從會議室到傳感器”都集成起來。表 31現(xiàn)場總線協(xié)議 對應(yīng)以太網(wǎng)服務(wù) 應(yīng)用基金會現(xiàn)場總線