【正文】 。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(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)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(diǎn)劃分：科學(xué)按區(qū)域、節(jié)點(diǎn)數(shù)量劃分綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)。9）冗余：系統(tǒng)通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接，即骨干網(wǎng)上任何一點(diǎn)的光纖連接意外斷開(kāi)，系統(tǒng)都能通過(guò)提供后備以太網(wǎng)鏈路，保證系統(tǒng)可用性的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。7）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和范圍：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，支持星型、總線型和環(huán)形等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大傳輸距離不小于 15 公里，通過(guò)中繼的最大傳輸距離不小于 30 公里。5）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)：?jiǎn)我痪W(wǎng)絡(luò)提供不小于 99 個(gè)站點(diǎn)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。數(shù)據(jù)塊傳送和報(bào)文發(fā)送都可通過(guò)組態(tài)完成，不需額外編程；同時(shí)也支持 B/S、C/S 結(jié)合控制方式。2）信息傳輸服務(wù)：控制層提供方便的接入端口，無(wú)論從任何一點(diǎn)接入，都能方便地支持程序的上傳、下載、系統(tǒng)診斷和數(shù)據(jù)采集功能，且不需要復(fù)雜的編程或特殊的軟硬件支持，同時(shí)不影響實(shí)時(shí)信息傳輸性能；當(dāng)系統(tǒng)某一子系統(tǒng)的通訊或元器件出現(xiàn)故障時(shí)，不能影響其他子系統(tǒng)的通訊和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。9) 支持基于 Web 的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（可選） ，可以通過(guò)瀏覽器對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理和控制；10)每臺(tái)交換機(jī)支持 8 個(gè)以太網(wǎng)接口，可以選擇為電接口、光接口或兩者的任意組合；11)支持全雙工/半雙工運(yùn)轉(zhuǎn)；12)工業(yè)以太網(wǎng)每段網(wǎng)站可連接 100 個(gè)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá) 1024 個(gè)；13)支持單冗余鏈路，最大網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)自愈時(shí)間小于 300ms。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(guó)赫斯曼、德國(guó)西門子、中國(guó)東土電信和臺(tái)灣摩莎公司等。安全生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)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)。同時(shí)，提供智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，可使井下原有的各種底層設(shè)備、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等系統(tǒng)方便地接入主干網(wǎng)絡(luò)。配置服務(wù)器、工作站、操作員站，控制網(wǎng)通過(guò) Web 服務(wù)器、防火墻、路由器( 可選) 與信息網(wǎng)連接。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。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合信息自動(dòng)化控制平臺(tái)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。煤礦安全生產(chǎn)中一個(gè)關(guān)鍵的因素就是保證監(jiān)測(cè)信息和控制信息的實(shí)時(shí)傳遞，因而我們?cè)诘V用工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)選擇具有高實(shí)時(shí)性保證的嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式處理器芯片，即使在網(wǎng)絡(luò)需要傳輸圖像、話音等大數(shù)據(jù)量的信號(hào)時(shí)，也能保證控制信號(hào)等重要信息的實(shí)時(shí)性。另外，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行情況的最好和最壞等情況作出精確的估計(jì)。實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，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(gè)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。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。另外，嵌入式技術(shù)與實(shí)時(shí)性有著天然的聯(lián)系。具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的應(yīng)用環(huán)境。當(dāng)聚合鏈路中一條或幾條（不是全部）意外損壞時(shí)，數(shù)據(jù)仍然可通過(guò)剩余的物理鏈路傳輸。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(shí)間少于 300ms，也就是說(shuō)，一條鏈路出錯(cuò)后，網(wǎng)絡(luò)可以在 300ms 時(shí)間以內(nèi)重新可用。環(huán)型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)在很大程度上解決了以太網(wǎng)的容錯(cuò)問(wèn)題，提高了以太網(wǎng)的可靠性。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)普通商用以太網(wǎng)不能保證網(wǎng)絡(luò)的冗余性、可靠性和實(shí)時(shí)性，為使以太網(wǎng)能夠成功應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域，許多研發(fā)機(jī)構(gòu)和廠商相繼推出了以Intra管理網(wǎng)絡(luò)（信息層）離散設(shè)備工業(yè)以太網(wǎng)過(guò)程設(shè)備三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)備層控制層信息層太網(wǎng)的環(huán)冗余和鏈路聚合等技術(shù)。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(lái)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。在煤礦綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)骨干網(wǎng)的設(shè)計(jì)中將采用工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)技術(shù)組成。 煤礦礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設(shè)方案 系統(tǒng)構(gòu)架根據(jù)以上分析，煤礦綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以采用設(shè)備層 + 工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng) + Intra 管理網(wǎng)絡(luò)的三層結(jié)構(gòu)模式。在以太網(wǎng)進(jìn)軍工控領(lǐng)域的過(guò)程中，各大現(xiàn)場(chǎng)總線組織都予以高度重視，并紛紛出臺(tái)了自己的發(fā)展計(jì)劃。國(guó)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)安全條件》研討會(huì)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(chǎng)總線作為連接傳感器等現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)和建設(shè)方向。通過(guò)以上分析可以看到，以太網(wǎng)在技術(shù)、速度和價(jià)格等許多方面都有著其它網(wǎng)絡(luò)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，隨著以太網(wǎng)性能的提高和解決以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題的技術(shù)不斷推出，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)將是工業(yè)控制領(lǐng)域的必然選擇。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)。并且，在這信息瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。大量的軟件資源和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以顯著降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用，從而可以顯著降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和推廣速度。另外以太網(wǎng)可以滿足對(duì)帶寬的更高要求。目前以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只有 Profibus，F(xiàn)F 等現(xiàn)場(chǎng)總線的十分之一，并且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，其價(jià)格還會(huì)進(jìn)一步下降。（2） 成本低廉由于以太網(wǎng)的應(yīng)用最為廣泛，因此受到硬件開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)廠商的高度重視與廣泛支持，有多種硬件產(chǎn)品供用戶選擇。這些編程語(yǔ)言由于廣泛使用，并受到軟件開(kāi)發(fā)商的高度重視，具有很好的發(fā)展前景。 工業(yè)以太網(wǎng)是礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的最佳選擇與包括現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)：（1） 應(yīng)用廣泛以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，受到廣泛的技術(shù)支持。Windows CE 也被認(rèn)為是設(shè)備合適的嵌入式操作系統(tǒng)。注冊(cè)時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò) IP 自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)上的硬件，這時(shí)組態(tài)軟件就可以顯示這些硬件，并提供組態(tài)界面。當(dāng)前有兩個(gè)組織致力于這方面的工作：The Industrial Ether Association(IEA， Industrial Automation Open Networing Alliance(IAONA，各大公司也紛紛開(kāi)發(fā)技術(shù)（見(jiàn)表 31） 。 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。全雙工交換式以太網(wǎng)是確定性的。現(xiàn)在還可以利用交換技術(shù)將通信變?yōu)槿p工。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。這項(xiàng)技術(shù)使得多個(gè)網(wǎng)上設(shè)備之間同時(shí)進(jìn)行通信時(shí)不會(huì)有沖突發(fā)生。其次交換技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)消除了以太網(wǎng)應(yīng)用于控制領(lǐng)域的障礙。首先以太網(wǎng)的通信速率一再提高，從十兆到百兆，目前千兆以太網(wǎng)已在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)中普遍應(yīng)用，萬(wàn)兆以太網(wǎng)也正加緊研制，同樣的通信量，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷的減輕，而減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷則意味著提高確定性。 “工業(yè)控制中的每一塊領(lǐng)域，從嵌入式系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)總線，都意識(shí)到以太網(wǎng)和 TCP/IP 的重要意義” 。這樣如果網(wǎng)絡(luò)比較忙碌，或沖突節(jié)點(diǎn)相距甚遠(yuǎn)時(shí)，就可能發(fā)生某些節(jié)點(diǎn)的信息不能及時(shí)發(fā)送，甚至長(zhǎng)時(shí)間發(fā)不出去的情況，這在工業(yè)控制中是大忌。節(jié)點(diǎn)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)信道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí)，再發(fā)送信息，如果信道忙碌則需要等待。這種是由以太網(wǎng)協(xié)議本身造成的。所以以太網(wǎng)向控制系統(tǒng)的底層延伸是順理成章的。 另一重要原因時(shí)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(chǎng)總線協(xié)議則數(shù)目眾多，不同協(xié)議的兼容問(wèn)題一直困擾工業(yè)界。管理者不希望只能在一段時(shí)間后，才得到匯總信息。隨著智能傳感器和各種設(shè)備的應(yīng)用和工業(yè)管理自動(dòng)化的深入，在未來(lái)幾年里，估計(jì)信息量還要再增加 1030 倍。如基金會(huì)總線 FF 的 HI 和 PROFIBUSPA 的傳輸速率只有 。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。在現(xiàn)場(chǎng)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。隨著 Inter 的迅猛發(fā)展，以太網(wǎng)已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP 簡(jiǎn)單實(shí)用，為廣大用戶所接受。IP 為每個(gè)數(shù)據(jù)包提供獨(dú)立尋址的能力，但不能保證每個(gè)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(cuò)誤都可能使數(shù)據(jù)包丟失