【正文】 ，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等 網(wǎng)絡(luò)安全威脅。 總線供電（或稱總線饋電）是指連接到現(xiàn)場設(shè)備的線纜不僅傳輸數(shù)據(jù)信號，還能給現(xiàn)場設(shè)備提供工作電源。 （ 2）不改變目前物理層的結(jié)構(gòu)，而通過連接電纜中的空閑線 纜為現(xiàn)場設(shè)備提供電源。 北京永能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 6 目前， 100 Mb/s的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用， 1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線最高速率只有 12Mb/s。 以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格較之現(xiàn)場總線網(wǎng) 卡要便宜得多（約為 1/10）；另外，以太網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面有很多經(jīng)驗(yàn)，具有相當(dāng)成熟的技術(shù)。 隨著 Inter/ Intra的發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到各個(gè)角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯(lián)人互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺計(jì)算機(jī)上就能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“控管一體化”，這是其他任何一種現(xiàn)場總線都無法比擬的。同時(shí)，機(jī)器人技術(shù)、智能技術(shù)的發(fā)展都要求通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬和性能，通信協(xié)議有更高的靈活性，這些要求以太網(wǎng)都能很好地滿足。 EtherNet/Fieldbus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的一種典型的集成形式。因此， 北京永能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 7 在企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設(shè)備級采用現(xiàn)場總線，通過通信控制器實(shí)現(xiàn)兩者的信息交換。在企業(yè)內(nèi)部，可以利用企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行工廠實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布和顯示，管理者通過 Web瀏覽器對現(xiàn)場工況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程設(shè)備調(diào)試和遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷和處理。以太網(wǎng)控制器在這里扮演了通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場各類設(shè)備之間的一個(gè)橋 梁。從目前國際、國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，目前工業(yè)以太網(wǎng)在制造執(zhí)行層已得到廣泛應(yīng)用，并成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內(nèi)外工控專家的關(guān)注。就目前而言，全面代替現(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進(jìn)一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。為此，國際電工委員會(huì) IEC正著手起草實(shí)時(shí)以太網(wǎng)（ Realtime EtherNet, RTE）標(biāo)準(zhǔn)，旨在推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的全面應(yīng)用。 針對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強(qiáng)等特點(diǎn)和要求，經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的調(diào)研和分析，采用以下技術(shù)基本解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)： ① 實(shí)時(shí)通信技術(shù) 其中采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)，以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對工業(yè)過程控制的通信實(shí)時(shí)性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。 ③ 遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù) 采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時(shí)滯中繼以及光纖等技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸問題。 ⑤ 可靠性技術(shù) 采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、 EMC設(shè)計(jì)、冗余、自診斷等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等，提高基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備可靠性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室 EMC測試，設(shè)備可靠性符合工業(yè)現(xiàn)場控制要求。 以工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信為目標(biāo)，以工業(yè)控制工程師（包括開發(fā)和應(yīng)用）為使用對象，基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù) +TCP/IP協(xié)議，起草了“用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的 EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)”（草案），并通過了由 TC124組織的技術(shù)評審。針對工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用的特點(diǎn)，通過采用軟、硬件抗干擾、 EMC設(shè)計(jì)措施，開發(fā)出了基于 北京永能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 9 以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場控制設(shè)備，主要包括：基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場設(shè)備通信模塊、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集器、軟 PLC等成果等。 （ 4）北京合成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司為使國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)迅速與國際水平接軌，斥資推出了“工業(yè)以太網(wǎng)工程 師認(rèn)證（ IEEC）”課程，并相繼推出提高班課程，供國內(nèi)廣大工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的工程師及工程管理人員學(xué)習(xí)提高。美國 VDC（ Venture Development Corp.）調(diào)查報(bào)告也指出， EtherNet在工業(yè)控制領(lǐng)域 中的應(yīng)用將越來越廣泛，市場占有率的增長也越來越快，將從 2020年的 11%增加到 2020年的 23%。 目前，在國際上有多個(gè)組織從事工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作， 2020年 9月，我國科技部發(fā)布了基于高速以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場總線設(shè)備研究項(xiàng)目，其目標(biāo)是：攻克應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場的高速以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括解決以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本 質(zhì)安全等問題，同時(shí)研究開發(fā)相關(guān)高速以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)度指揮中心監(jiān)測井下環(huán)境參數(shù)，集中控制井上、下機(jī)電設(shè)備，減少井下作業(yè)人數(shù)，達(dá)到減人增效和提高礦井安全水平的目的。并能實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故 障分析。 利用先進(jìn)的技術(shù)和合理的方案，使系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比。系統(tǒng)建設(shè)完成后能夠?qū)θV井安全、生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)視和必要的控制，實(shí)現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化、科學(xué)化，為礦井安全生產(chǎn)、有效預(yù)防和及時(shí)處理各種突發(fā)事故 和自然災(zāi)害，提供有效手段，為企業(yè)信息化的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 礦井綜合軟件平臺的主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用環(huán)形 1000M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。礦井自動(dòng)化控制系統(tǒng)主控設(shè)備設(shè)于調(diào)度控制中心。也可以通過網(wǎng)絡(luò)接入到公司信息網(wǎng)，供公司領(lǐng)導(dǎo)查詢。 礦井綜合信息化軟件平臺的建立為礦井安全生產(chǎn)調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控提供高效、暢通的信息和公共服務(wù)環(huán)境。為全礦井的安全生產(chǎn)管 理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 根據(jù) “ 管控一體化 ” 的思想，本方案采用了光纖以太網(wǎng)技術(shù)和三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合自動(dòng)化、信息、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理 論和新技術(shù)，利用世界先進(jìn)實(shí)用的自動(dòng)化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工業(yè)控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件，使礦井在 “ 采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全 ” 等生產(chǎn)環(huán)節(jié)全面實(shí)現(xiàn)信息化，并將已建、將建的煤炭生產(chǎn)、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)，統(tǒng)一集成在一個(gè)骨干光纖軟件平臺上，形成統(tǒng)一、完整的有機(jī)整體，簡潔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加之國際標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理和升級低成本、簡單、高效和可靠。環(huán)型以太網(wǎng)為 1000M工業(yè)以 太網(wǎng)，作為全礦主干網(wǎng)，為全礦各個(gè)子系統(tǒng)提供方便靈活的工業(yè)以太網(wǎng)接口，地面、井下子系統(tǒng)均可以方便接入。如果在使用過程中有光纖網(wǎng)絡(luò)斷開，網(wǎng)絡(luò)也能照常工作，而且系統(tǒng)能及時(shí)診斷出故障點(diǎn)以便維修。對于以后擴(kuò)展的系統(tǒng)可以通過相關(guān)的接口模塊和交換機(jī)接入到系統(tǒng)中。 井下千兆以太環(huán)網(wǎng)也是通過地 面網(wǎng)關(guān)交換機(jī)接入調(diào)度指揮控制中心。 北京永能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 12 系統(tǒng)分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次：設(shè)備層、控制層及信息層 ? 設(shè)備層：將底層設(shè)備直接聯(lián)結(jié)到煤礦井下的各種控制器上，采用智能化的接口設(shè)備，降低成本，方便安裝，并可實(shí)現(xiàn)快速故障診斷； ? 控制層：將 I/0 網(wǎng)絡(luò)功能和對等信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)具有 I/0 控制、閉鎖和報(bào)文傳送，保證信息的實(shí)時(shí)性和確定性； ? 信息層：采用 Ether, 通過 TCP/IP 協(xié)議，將可編程控制器、網(wǎng)關(guān)、人機(jī)接口和控制軟件連接至企業(yè)的信息系統(tǒng)。 采用工業(yè)以太網(wǎng)加現(xiàn)場總線、環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)；支持異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通；支持 SNMP 網(wǎng)絡(luò)管理軟件控制，可以方便地監(jiān)測整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，查找故障點(diǎn)，并能提供自動(dòng)報(bào)警；支持TRUNKING（鏈路聚合）協(xié)議，可以將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道綁定為一條邏輯鏈路，提高了通信帶寬，也提供了鏈路的冗余，容易升級。根據(jù)目前設(shè)備、技術(shù)的情況和未來技術(shù)發(fā)展的方向，信息的集成主要有兩種方式： 對于采 用 PLC控制的子系統(tǒng)（通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)等），操作員服務(wù)器通過以太環(huán)網(wǎng)與 PLC的以太網(wǎng)接口相連，而該 PLC的 OPC Server安裝在操作員服務(wù)器中。 對于煤礦專業(yè)性較強(qiáng)的子系統(tǒng)（選煤廠、主提升機(jī)系統(tǒng)等）管控服務(wù)器通過以太環(huán)網(wǎng)（具備 OPC/DDE/FTP接口協(xié)議或其他開放協(xié)議）或 232/485總線（具備專用通訊協(xié)議）與該類型的子系統(tǒng)主機(jī)相聯(lián)。 ? 電力調(diào)度子系統(tǒng) ? 壓風(fēng)機(jī)子系統(tǒng) ? 鍋爐房子系統(tǒng) ? 中央回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)子系統(tǒng) ? 副井提升子系統(tǒng) ? 主井提升子系統(tǒng) ? 礦井選煤廠系統(tǒng) ? 井下主排水系統(tǒng)、井下供電系統(tǒng) ? 供水系統(tǒng) ? 井下運(yùn)輸膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng) ? 考勤、人員定位和無線通訊系統(tǒng) ? 地磅秤重系統(tǒng) ? 安全監(jiān)控系統(tǒng) ? 工作面現(xiàn) 狀和礦壓監(jiān)測系統(tǒng) 北京永能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 15 ? 井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng) ? 采煤工作面自動(dòng)化系統(tǒng) ? 礦用人員安全檢測系統(tǒng) ? 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測和防塵系統(tǒng) ? 礦井瓦斯抽放系統(tǒng) ? 降溫系統(tǒng) ? 礦井灌漿注氮及防滅火系統(tǒng) ? 地面消防監(jiān)控系統(tǒng) ? 日用消防水子系統(tǒng) ? 礦井水及生活污水處理及排放系統(tǒng) ? 通訊系統(tǒng)（行政管理通訊、生產(chǎn)調(diào)度通訊、電