【文章內(nèi)容簡介】 媒體業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，建立滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活的圖像業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為礦區(qū)的安全生產(chǎn)提供可靠有效的通信保證。綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺是礦區(qū)綜合自動化的業(yè)務(wù)主要承載平臺，網(wǎng)絡(luò)平臺的規(guī)劃、建設(shè)決定了網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量和發(fā)展，是綜合自動化的重要組成部分。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。系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足煤礦綜合信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 5~10 年發(fā)展的要求，并具備良好的擴展性。? 安全性：包括企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)資料的完整性安全和網(wǎng)絡(luò)安全，系統(tǒng)要具有抗侵入、容錯和容災(zāi)的能力。? 先進(jìn)性：超前性和先進(jìn)性是每一個企業(yè)信息網(wǎng)建設(shè)期望達(dá)到的目標(biāo)，但是隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的、新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨著技術(shù)和產(chǎn)品上不十分成熟的問題，而原有的成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品又勢必被新技術(shù)所取代。? 開放性：選用開放的硬件和軟件平臺，支持多種主機互連，系統(tǒng)互連全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)層通訊協(xié)議 TCP/IP，設(shè)計選型主機系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商滿足產(chǎn)品遵循 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)，方便地實現(xiàn)多種主機的互連。? 可擴充性：要擁有簡單易行的擴充升級能力，滿足未來的應(yīng)用擴展的需要。? 投資保護(hù)：在保證系統(tǒng)能夠安全、可靠運行的前提下，最大限度地降低系統(tǒng)造價，保護(hù)原有的計算機設(shè)備投資?？紤]用戶未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，結(jié)合業(yè)務(wù)拓寬的需求，預(yù)留了與其它應(yīng)用系統(tǒng)的接口，解決了網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)語音、調(diào)度、數(shù)據(jù)、視頻、監(jiān)測監(jiān)控等多業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)合一問題。 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)。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)水平的快速提高，工業(yè)以太網(wǎng)（Ether）技術(shù)將取代傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)（DCS ）中通信網(wǎng)絡(luò)的各種專利協(xié)議，現(xiàn)場總線技術(shù)則給測控領(lǐng)域帶來了一場革命，使過程控制領(lǐng)域的自動化裝置由 DCS 向 FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）過度。工業(yè)以太網(wǎng)（Ether）和現(xiàn)場總線技術(shù)給煤礦監(jiān)測監(jiān)視監(jiān)控技術(shù)的跳躍或發(fā)展帶來了極好的機遇，也為礦井多媒體綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項目開發(fā)成功提供了技術(shù)基礎(chǔ)。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即 標(biāo)準(zhǔn))兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。簡言之，工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制的局域網(wǎng)技術(shù)。 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)，兗礦集團濟三煤礦及晉城礦務(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)?，F(xiàn)場總線技術(shù)及其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)現(xiàn)場總線最初的目的是用數(shù)字儀表內(nèi)部具有的數(shù)字信號替代4～20mA 等模擬信號，實現(xiàn)控制室與現(xiàn)場之間的信息傳輸?，F(xiàn)場總線應(yīng)用以后，人們得到了更多的好處，例如控制功能徹底分散到現(xiàn)場，先進(jìn)的現(xiàn)場設(shè)備管理功能得以實現(xiàn)，系統(tǒng)的可靠性大大提高等等。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、機器人及其它各種自動化領(lǐng)域。自 20 世紀(jì) 80 年代中期開始，世界上各大控制廠商及標(biāo)準(zhǔn)化組織推出了多種互不兼容的現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。從 1984 年起由 IEC（國際電工委員會）和 ISA（原美國儀表學(xué)會）開始了制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的工作，由于受到大控制廠商相互競爭的影響，國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂困難重重，商業(yè)集團為了自身的利益給國際標(biāo)準(zhǔn)的投票通過制造阻力，使得國際標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能完成。最終不得已在 1999 年 12 月通過了一個包含多種互不兼容的協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，即 IEC61158 國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包括了目前國際上 8 類主要的現(xiàn)場總線協(xié)議。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。礦井對現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的基本要求 根據(jù)礦井的要求進(jìn)行適當(dāng)擴充后用于煤礦則使完全可行的，鑒于礦井的特殊條件，對井下現(xiàn)場總線有一些基本要求；（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 井下網(wǎng)絡(luò)以兩級較為合適，即一級高速主干網(wǎng)下接一級低速（設(shè)備級）現(xiàn)場總線網(wǎng)，甲烷超限報警斷電等緊急操作應(yīng)能由設(shè)備級現(xiàn)場自主操作，主干網(wǎng)采用光纖或同軸電纜作媒體，應(yīng)能同時傳輸多媒體信息，考慮到礦井的特點，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟钥偩€型為宜，加上分支器可構(gòu)成樹型。（2）傳輸距離。 根據(jù)礦井巷道要求，主干網(wǎng)傳輸距離應(yīng)大于 10km，設(shè)備級現(xiàn)場總線的傳輸距離能達(dá) 12km，考慮到對于監(jiān)控規(guī)模較小的礦井應(yīng)能省去主干網(wǎng)而僅用一級低速現(xiàn)場總線，其傳輸距離則也應(yīng)達(dá) 10km 以上。（3）響應(yīng)時間。 對安全監(jiān)控，考慮到瓦斯突出礦井的要求，響應(yīng)時間應(yīng)在 1S 以下，對生產(chǎn)監(jiān)控應(yīng)在數(shù)十毫秒數(shù)量級，響應(yīng)時間與通信速率有關(guān)，但不是反比關(guān)系，這是因協(xié)議復(fù)雜的總線通信效率低造成的。（4）本安特性與供電。 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。（5）抗干擾能力和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。 礦井的電磁干擾較強，溫濕度環(huán)境差，因總線距離長，加于收發(fā)器上的共模電壓較高，現(xiàn)場總線設(shè)備應(yīng)能滿足要求。（6）硬件軟件支持和開發(fā)難度。 選用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有完善的硬軟件支持，有開發(fā)工具，開發(fā)容易。井下設(shè)備級現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的選擇現(xiàn)場總線協(xié)議的 OSI（開放系統(tǒng)互連）模型一般層次較少，通常由OSI 七層模型（ISO 7498）的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層 3 層或再加上用戶層 4 層組成，也有層次較多的，如 PNet 和 Lon Works，一種現(xiàn)場總線可以有不同的物理層或應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)傳輸性能主要取決于它的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，在研究、選擇、制訂礦用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)時，可以選擇、組合幾種不同的現(xiàn)場總線技術(shù)。結(jié)論現(xiàn)場總線是現(xiàn)今使用最廣泛的工業(yè)控制技術(shù)，但現(xiàn)場總線最大的問題是標(biāo)準(zhǔn)太多，煤礦需要的是建立統(tǒng)一、開放的網(wǎng)絡(luò)，各個不同公司的監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備均能夠掛接在這個網(wǎng)絡(luò)上傳輸，顯然，如果使用現(xiàn)場總線，用作連接傳感器的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)還可以勝任，但作為井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鞲删W(wǎng)絡(luò)，則無論在傳輸速率上、傳輸距離和鏈路冗余等方面都不能滿足我們的需要，而且勢必使得井下傳輸網(wǎng)絡(luò)由一個互不兼容的多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過渡到另一個互不兼容的多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這顯然不符合煤礦建設(shè)現(xiàn)代化礦井、實現(xiàn)綜合自動化的需要。 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在 OSI/ISO 七層協(xié)議中，以太網(wǎng)本身只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，作為一套完整的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，必須具有高層控制協(xié)議，以太網(wǎng)使用了TCP/IP 協(xié)議；IP（inter protocol）用來確定信息傳遞路線，而TCP（ transmission control protocol）則是用來保證傳輸?shù)目煽啃?，雖然TCP/IP 并不是專為以太網(wǎng)而設(shè)計的，但實際上它們現(xiàn)在已經(jīng)是不可分離的了。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。它還可以適用于其它的通信標(biāo)準(zhǔn)，如 FTP（file transfer protocol）和 SMTP(simple mail transfer protocol)等。IP 為每個數(shù)據(jù)包提供獨立尋址的能力，但不能保證每個數(shù)據(jù)包都能正確地到達(dá)目的地，網(wǎng)絡(luò)阻塞和傳輸錯誤都可能使數(shù)據(jù)包丟失。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。隨著 Inter 的迅猛發(fā)展，以太網(wǎng)已成為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP 簡單實用，為廣大用戶所接受。目前不僅在辦公自動化領(lǐng)域內(nèi)，而且在各個企業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò)也都廣泛使用以太網(wǎng)。在現(xiàn)場總線協(xié)議中，為提高傳輸效率，一般只定義七層協(xié)議中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。為與以太網(wǎng)融合，通常在數(shù)據(jù)包前加入IP 地址，并通過 TCP 來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。