【正文】 物資跟蹤、維修管理系統(tǒng)、質(zhì)量信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。以太網(wǎng)以其廉價高速方便的特性獲得更多青睞。底層網(wǎng)絡引入以太網(wǎng)不僅使現(xiàn)場層、控制層和管理層在垂直層面方便集成，更能降低不同廠家設(shè)備在水平層面上的集成成本。 10 多年前，人們還一直認為以太網(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)中應用是脆弱的，存在不可預見性。網(wǎng)絡每個節(jié)點通過競爭來取得信息包的發(fā)送權(quán)。在開始發(fā)送信息后，需要檢查是否發(fā)生碰撞，發(fā)送信息發(fā)生碰撞時，退出重發(fā)。今天，這種局面已經(jīng)得到根本的改觀。在過去幾年中，以太網(wǎng)標準有了許多進步，特別是在確定性，速度和信息優(yōu)先級方面。有人作過試驗表明，在網(wǎng)絡負荷不超過 36%的情況下，以太網(wǎng)發(fā)生碰撞的可能性極小。交換式以太網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生于 1992 年。其做法是把網(wǎng)絡用交換器分割成互不相連的幾個網(wǎng)段，每個設(shè)備獨占一個網(wǎng)段，從而大大降低沖突的可能性。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)上廣泛應用，所以它在控制層的應用可以使“從會議室到傳感器”都集成起來。這些都使以太網(wǎng)進入工業(yè)控制領(lǐng)域鋪平了道路。應用交換器可以消除沖突，而且現(xiàn)在它的價格也越來越便宜。所以，許多現(xiàn)場總線組織也在致力于發(fā)展 IP 和以太網(wǎng)技術(shù)，預計當前快速發(fā)展的 IT（information technology）技術(shù)也能成為工業(yè)控制網(wǎng)絡中的一部分。表 31現(xiàn)場總線協(xié)議 對應以太網(wǎng)服務 應用基金會現(xiàn)場總線 FF FF HSE IEC61158 Type 5 FMS 與 UDP/IP 之間的映射 PROFIBUS PROFIBUS on Ether FMS 與 TCP/IP 之間的接口Modbus Modbus TCP Modbus 與 TCP/IP 之間的接口Control Net 和 Device Net CIP on Ether CIP 與 TCP/IP 之間的接口Lon Works iLon LonTalk 與 TCP/IP 之間的接口Interbus 還未宣布 與 TCP/IP 之間的接口隨著微處理器和工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，未來的 I/O 設(shè)備可以就是一臺網(wǎng)絡服務器，通過瀏覽器網(wǎng)頁就可以實現(xiàn)設(shè)備的加載、組態(tài)、監(jiān)控。Windows NT 對以太網(wǎng)驅(qū)動程序的支持，將使其成為工業(yè)控制中最合適的操作系統(tǒng)。有人預測 Windows NT 會占據(jù) 80%的市場分額， Windows CE 以其實時功能占據(jù) 16%，剩下的 4%使專用系統(tǒng)。幾乎所有的編程語言都支持 Ether 的應用開發(fā)，如 Java，Visual C++及 Visual Basic 等。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。而且由于應用廣泛，硬件價格也相對低廉。（3） 通信速率高目前 100Mbps 的快速以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛應用，1000Mbps 以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟應用，10Gbps 甚至更高速以太網(wǎng)也正在研究，其速率比目前的現(xiàn)場總線快得多。（4） 軟硬件資源豐富由于以太網(wǎng)已應用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計、應用等方面有很多的經(jīng)驗，對其技術(shù)也十分熟悉。（5） 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ笥捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應用，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。（6） 易于與 Inter 連接，能實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡與工業(yè)控制網(wǎng)絡的信息無縫集成，傳統(tǒng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡由于在企業(yè)網(wǎng)絡不同層次應用不同類型的網(wǎng)絡，它們之間需要安裝網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。同時，控制器、PLC 和 DCS 廠商已經(jīng)開始提供以太網(wǎng)接口，這使得整個網(wǎng)絡的瓶頸效應集中在應用現(xiàn)場總線的設(shè)備層上。目前，工業(yè)以太網(wǎng)在地面上已經(jīng)有實際應用?？梢灶A見、工業(yè)以太網(wǎng)將是未來礦井寬帶通信網(wǎng)絡建設(shè)的必然選擇。所以我們認為工業(yè)以太網(wǎng)是礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)絡系統(tǒng)的最佳選擇。企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)在技術(shù)設(shè)計時，其骨干網(wǎng)絡可靠性和安全性是第一位的，同時要建設(shè)高帶寬、高可靠性的網(wǎng)絡主干。在此基礎(chǔ)上再通過二級、三級接入層交換機到達用戶桌面。 關(guān)鍵技術(shù)礦用工業(yè)以太網(wǎng)必須整合工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（包括環(huán)型冗余技術(shù)、鏈路聚集技術(shù)等） 、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等最為先進的網(wǎng)絡技術(shù)，能最大限度地保證煤礦數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。? 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)冗余技術(shù)由于很多場合環(huán)境惡劣，存在網(wǎng)絡意外斷裂的可能較大，而另一方面，出于生產(chǎn)和安全的需要，對網(wǎng)絡的可靠性要求又很高，所以需要信息傳輸網(wǎng)絡能夠提供鏈路冗余。環(huán)型網(wǎng)絡構(gòu)造了一個簡單環(huán)，從而保證了在某條鏈路意外損壞時數(shù)據(jù)仍然可以通過備用鏈路傳輸。? 鏈路聚合技術(shù)鏈路技術(shù)可以在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡設(shè)備以及原有布線的條件下，使用專用的軟件或軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品，把多條交換機到服務器或交換機到交換機的數(shù)據(jù)通道捆綁起來，形成一條邏輯上的高帶寬數(shù)據(jù)鏈路，滿足高帶寬應用的需要，同時還可以增加網(wǎng)絡的負載均衡能力以及容錯性，極大地提高整個系統(tǒng)的性能。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)是能夠完成一種或多種特定功能的計算機系統(tǒng)，是軟硬件的緊密結(jié)合體。其最大的特點是其目的性或針對性很強，每一套嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計都有其特殊的應用場合與特定功能，這也是嵌入式系統(tǒng)與通用的計算機系統(tǒng)最主要的區(qū)別。由于嵌入式系統(tǒng)是為特定的目的而設(shè)計，且常常受到空間、成本、存儲、帶寬等的限制，因此它必須最大限度地在硬件和軟件上“量身定做”以提高效率，這樣的結(jié)果最終導致了實時性的增強。從根本上說，在網(wǎng)絡通信設(shè)備中，只要用到了 CPU，那么在其上一定要運行一個完成特定功能的操作系統(tǒng)，也就是嵌入式系統(tǒng)，所以嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡通信設(shè)備是不可分割的。實時操作系統(tǒng)主要任務是對事件的進行實時的處理，雖然事件可能在無法預知的時刻到達，但是軟件上必須在時間發(fā)生時能夠在嚴格的時限之內(nèi)作出相應，即使在尖峰負荷下也應如此。RTOS 是計算機專家們多年潛心研究的結(jié)果，使用 RTOS 不僅增加了嵌入式應用系統(tǒng)的可靠性，而且應用程序的調(diào)試也會方便許多。結(jié)合嵌入式 Web Server 技術(shù)，可以通過瀏覽器界面方便地對交換機進行管理和控制。地面、井下各設(shè)一個環(huán)網(wǎng)，兩個光纖環(huán)網(wǎng)在控制中心機房通過高性能的工業(yè)級核心交換機連接起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的礦井監(jiān)控信息子網(wǎng)，該子網(wǎng)運行在一個相對獨立的網(wǎng)段中，通過硬件防火墻與以后建立的礦企業(yè)網(wǎng)（也即是信息網(wǎng)絡）隔離。礦井自動化控制系統(tǒng)主控設(shè)備設(shè)于聯(lián)合樓控制中心。主干網(wǎng)絡傳輸速率 1000Mbps，各子系統(tǒng)與主干網(wǎng)的連接為 10/100Mbps 自適應。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示：使用環(huán)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以提供鏈路冗余，當某條正在工作的鏈路意外損壞時，可以在 300ms 內(nèi)快速切換到冗余鏈路，組網(wǎng)也較為簡單，價格適中。 核心設(shè)備技術(shù)選型工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，需滿足具有隔（防）爆、電源輸入范圍廣、允許電源波動范圍大（不少于 20％） 、過壓過流保護、易安裝、易檢修、故障報警及定位、線路故障后快速切換到冗余鏈路（小于 300ms） 、設(shè)置簡單、便于維護等性能要求，能夠完全適應井下高溫、潮濕、高粉塵的惡劣環(huán)境。 主要網(wǎng)絡性能指標1) 主干網(wǎng)速率： 1000M2) 傳輸介質(zhì)：單模光纖（傳輸距離 45km） ；3) 產(chǎn)品防護等級： IP644) 防爆等級：隔爆型 或 隔爆兼本安型； 5) 供電電壓等級：交流：127V、660V（＋10%～－25% ）6) 使用條件：溫度：10℃～＋45℃7) 濕度：不大于 95%(＋25℃ )8) 周圍介質(zhì)：允許使用環(huán)境中有爆炸危險介質(zhì)。 系統(tǒng)特點1）開放性：系統(tǒng)是完全開放的網(wǎng)絡平臺，并且符合國際公認的網(wǎng)絡標準 IEC61158 等，同時具備成熟的第三方連接能力。 3）工作模式：系統(tǒng)支持 B/S 模式的數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)。4）網(wǎng)絡速率：網(wǎng)絡上任意節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸速率不小于 10Mbps。6）網(wǎng)絡介質(zhì)：支持雙絞線和光纖連接，根據(jù)實際需要提供靈活的電纜形式。8）組態(tài)：擁有現(xiàn)成靈活的網(wǎng)絡組態(tài)工具和強大的網(wǎng)絡診斷功能，任何節(jié)點接入網(wǎng)絡，而不需要更改從前的站號和配置，并應充分考慮今后擴展的方便性。在物理上和邏輯上都要考慮到網(wǎng)絡信道的冗余，確保網(wǎng)絡通路的安全。所有單環(huán)單節(jié)點網(wǎng)絡交換機都具有兩個全雙工千兆光纖端口，用于環(huán)節(jié)點的連接，構(gòu)成一條完整的光纖環(huán)路。 11）系統(tǒng)滿足 和 等相關(guān)的行業(yè)標準