工业以太环网设计方案

工业以太环网设计方案

1.1概述

掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井

的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软

件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。

1.1.1设计综述

掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能

化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则讲行设计；同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。

对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以

太环网，主链路采用千兆光纤。在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链

路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。

各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息

采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。实

现矿区各个管理部门的网络连接, 实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动

化，能对煤炭的生产状况进行实时监视，为管理决策提供依据。

控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来

实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送

给有关系统。

设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。

1.2控制层网络设备的技术与产品选型

本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式

矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。

1.1.2技术选择

现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型

的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通

信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良

好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其他类型的通信格式，如RS232，RS485或其他专用通信接口等等，均可通

过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。以太网TCP/IP技术

具有以下的优势：

随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也

会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需

要进行大量数据的传输。以太网技术具有相当高的数据传输速率（目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机），能提供足够的带宽；

能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台

或基础构架；

支持交互式和开放的数据存取技术；

沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维

护和诊断工具，成为事实上的统一标准；

允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。

以太网早期存在不确定性和实时性能欠佳的问题，已通过智能交换机的使用、

主动切换功能的实现、优先权的引入等，基本上得到了解决。通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构、设置服务质量（QOS ）等，从而保证数据传

输的准确性和实时性。

因此，本方案选择工业以太环网组网技术作为综合自动化控制网的技术选型。

1.3冗余工业以太网网络设计

1.1.3综述

随着网络化、综合自动化概念向自动化领域的不断渗透，自动化控制理念和

技术也在不断发展。在上世纪末新型的现场总线控制系统突破了DCS系统中通

信由专用网络的封闭系统实现所造成的缺陷，试图将基于封闭、专用的解决方案

变成了基于公开化、标准化的解决方案。此后，上位机、PLC和现场总线构成的

集散监控系统逐步成为自动化的主流。但由于不同行业不同应用派生出的不同的

总线系统，加之经济利益的冲突，各种不同的现场总线标准之间的互不兼容严重束缚了不同厂商设

备之间的互连，使得现场总线成为受厂商限制的专用网络。

随着以太网技术的不断发展，它不仅在办公自动化领域而且在工业自动化场

合得到了广泛应用，许多控制器、PLC、智能仪表、DCS系统已经带有以太网接

口，这些都标志着工业以太网已经成为真正开放互连的工业网络的发展方向

用的基于工业以太网的集成式全分布控制系统，具有高度的分散性、实时性、可

靠性、开放性和互操作性的特点，因此，本方案采用工业以太网技术进行综合自

动化控制网的设计。

1.4工业以太网的特点及安全要求

虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业以太网是面向生

产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完整性有很高的要求。

（1）工业以太网是一个网络控制系统，实时性要求高，网络传输要有确定性。

（2）整个企业网络按功能可分为处于管理层的通用以太网和处于监控层的工

业以太网以及现场设备层（如现场总线）。管理层通用以太网可以与控制层的工

业以太网交换数据，上下网段采用相同协议自由通信。

（3）工业以太网中周期与非周期信息同时存在，各自有不同的要求。周期信

息的传输通常具有顺序性要求，而非周期信息有优先级要求，如报警信息是需要

立即响应的。

（4）工业以太网要为紧要任务提供最低限度的性能保证服务，同时也要为非紧要任务提供尽力服务，所以工业以太网同时具有实时协议也具有非实时协议。