工業(yè)以太網(wǎng)的意義及其應(yīng)用分析

..以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用及意義隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)不同層次間傳送的數(shù)據(jù)信息己變得越來(lái)越復(fù)雜，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在開放性、互連性、帶寬等方面提出了更高的要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)適應(yīng)了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，用數(shù)字通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸，大量地減少了儀表之間的連接電纜、接線端口等，降低了系統(tǒng)的硬件成本，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)面向設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)起到了巨大的推動(dòng)作用，但現(xiàn)場(chǎng)總線這類專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)具有成本高、速度低和支持應(yīng)用有限等缺陷，以及總線通信協(xié)議的多樣性使得不同總線產(chǎn)品不能直接互連、互用和互可操作等，無(wú)法達(dá)到全開放的要求，因此現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)一步發(fā)展受到了限制。隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)己成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， TCP/IP的簡(jiǎn)單實(shí)用已為廣大用戶所接受，基于 TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層次的需求。目前不僅在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域，而且在各個(gè)企業(yè)的上層網(wǎng)絡(luò)也都廣泛使用以太網(wǎng)技術(shù)。由于它技術(shù)成熟，連接電纜和接口設(shè)備價(jià)格較低， 帶寬也在飛速增加，特別是快速 Ethernet與交換式Ethernet的出現(xiàn)，使人們轉(zhuǎn)向希望以物美價(jià)廉的以太網(wǎng)設(shè)備取代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)昂貴的專用總線設(shè)備。Ethernet通信機(jī)制Ethernet是IEEE802.3所支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，最早由 Xerox開發(fā)，后經(jīng)數(shù)字儀器公司、Intel公司和Xerox聯(lián)合擴(kuò)展，成為Ethernet標(biāo)準(zhǔn)。Ethernet采用星形或總線形結(jié)構(gòu)，傳輸速率為 10Mb/s，100Mb/s，1000Mb/s或是更高，傳輸介質(zhì)可采用雙絞線、光纖、同軸電纜等，網(wǎng)絡(luò)機(jī)制從早期的共享式發(fā)展到目前盛行Word資料...的交換式，工作方式從單工發(fā)展到全雙工。在OSI/ISO7層協(xié)議中，Ethernet本身只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，作為一個(gè)完整的通信系統(tǒng)，它需要高層協(xié)議的支持。自從 APARNET將TCP/IP和Ethernet捆綁在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作為其高層協(xié)議，TCP用來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃裕琁P則用來(lái)確定信息傳遞路線。Ethernet的介質(zhì)訪問(wèn)控制層協(xié)議采用 CSMA/CD，其工作原理如下：某節(jié)點(diǎn)要發(fā)送報(bào)文時(shí)，必須先監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)繁忙則堅(jiān)持監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)， 一旦網(wǎng)絡(luò)空閑就發(fā)送數(shù)據(jù);在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中繼續(xù)監(jiān)聽，如果檢測(cè)到?jīng)_突則立即停比發(fā)送并發(fā)出一個(gè)強(qiáng)化沖突的干擾信號(hào)，通知所有節(jié)點(diǎn)此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)發(fā)生沖突， 此時(shí)沖突各方卞動(dòng)退避隨機(jī)等待一段時(shí)間后再重新監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，該隨機(jī)時(shí)間由 BEB(BinaryExponentialBack-off)算法確定。傳統(tǒng)商用以太網(wǎng)主要缺陷及解決方案由于Ethernet是以辦公自動(dòng)化為目標(biāo)設(shè)計(jì)的，并不完全符合工業(yè)環(huán)境的要求，將傳統(tǒng)的Ethernet用于工業(yè)領(lǐng)域還存在明顯的缺陷。 但由于其技術(shù)簡(jiǎn)單、完全公開，通過(guò)不斷改進(jìn)、提升，市場(chǎng)占有率越來(lái)越大，而成本越來(lái)越低，進(jìn)而變成主流。據(jù)VDC(VenrureDevelopmentCrop)調(diào)查報(bào)告，如今己有約 95%的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有Ethernet接口。隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展，Ethernet引進(jìn)了許多新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)，不僅提高了 Ethernet實(shí)時(shí)能力，還進(jìn)一步增強(qiáng)了柔性和可靠性，使Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信成為可能。交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層的多端口網(wǎng)橋，也可以說(shuō)是一種智能 HUB它能夠讀取正在傳送的數(shù)據(jù)的目的地址并把它轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口， 在源端和交換設(shè)備的目標(biāo)端之間提供一個(gè)直接快速的點(diǎn)到點(diǎn)連接。 從交換機(jī)流入的數(shù)據(jù)包直接從和它相連Word資料...的目的站接口流出。在普通交換設(shè)備中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)都要被廣播到其他的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用了交換技術(shù)之后，發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)就直接送到了希望接收的目的地址，這就使得多個(gè)數(shù)據(jù)可以同時(shí)發(fā)送。 交換機(jī)主要用來(lái)把網(wǎng)絡(luò)分成不同的沖突域，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展。這種網(wǎng)絡(luò)的性能主要由傳輸和接收的元件性能決定。通過(guò)網(wǎng)段的微化增加了每個(gè)網(wǎng)段的吞吐量和帶寬， 為每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)占的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。這樣，在體系結(jié)構(gòu)上和簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)的連接完全一樣， 每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)專用的單獨(dú)信道連接到另一個(gè)設(shè)備，因此不需要競(jìng)爭(zhēng)底層傳輸信道。交換式Ethernet克服了傳統(tǒng)Ethernet的缺點(diǎn)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能，使原來(lái)的共享式帶寬變成了獨(dú)占式帶寬 .較好地解決了帶寬問(wèn)題。對(duì)于普通共享式Ethernet，若共有N個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬 (如100Mb/s)的N分之一；而使用交換機(jī)之后，雖然數(shù)據(jù)傳輸速率仍為 100Mb/s，但由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬， 因此整個(gè)局域網(wǎng)的可用帶寬相當(dāng)于 N*100Mb/s。使用交換機(jī)，還可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾， 使每個(gè)網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段進(jìn)行， 而不需要經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)，也就不會(huì)占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。 而全雙工通信又使得端口間兩對(duì)傳輸線路（雙絞線或光纖等）上分別同時(shí)接收和發(fā)送報(bào)文幀，而不發(fā)生沖突，因此也不再受到 CSMA/CD的約束。全雙工交換式Ethernet已經(jīng)成為一個(gè)確定性網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)因沖突而引起通信非確定性， Ethernet的通信實(shí)時(shí)性得到了保障。工業(yè)可靠性由于傳統(tǒng)的Ethernet并不是為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，沒(méi)有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性需要。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對(duì)設(shè)備的工業(yè)Word資料...可靠性提出了更高的要求。在工廠環(huán)境中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須具備較好的可靠性， 可恢復(fù)性以及可維護(hù)性。隨著技術(shù)的發(fā)展，Ethernet的網(wǎng)絡(luò)傳輸線已從昂貴且難以安裝的同軸電纜變化到廉價(jià)的非屏蔽雙絞線，它的抗干擾能力可與 4~20mA模擬傳輸線路相當(dāng)，如果需要更強(qiáng)大的抗干擾能力可以采用屏蔽雙絞線或光纖網(wǎng)絡(luò)。 為了提高工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)可靠性，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的可靠性；采用環(huán)形冗余結(jié)構(gòu) Ethernet以提高系統(tǒng)的可恢復(fù)性；采用智能設(shè)備管理系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)視和診斷、維護(hù)管理。安全性在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多現(xiàn)場(chǎng)不可避免地存在易燃、 易爆或有毒氣體等，對(duì)應(yīng)用于這些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能裝置以及通信設(shè)備， 都必須采取一定的防爆技術(shù)措施來(lái)保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)。以太網(wǎng)系統(tǒng)的本質(zhì)安全包括幾個(gè)方面， 即工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)Ethernet交換機(jī)、傳輸介質(zhì)以及基于 Ethernet的變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。由于目前以太網(wǎng)收發(fā)器本身的功耗都比較大， 一般都在60~70mA的這種缺陷已經(jīng)得到解決，因此過(guò)去低功耗的 Ethernet現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的要求和目標(biāo)已經(jīng)完全可以滿足。在目前技術(shù)條件下，對(duì)于沒(méi)有嚴(yán)格的本安要求的非危險(xiǎn)場(chǎng)合， 對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)可以采用隔爆防爆的措施，即通過(guò)對(duì)Ethernet現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身的故障產(chǎn)生的點(diǎn)火能量不會(huì)外泄， 以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。對(duì)于有嚴(yán)格的本安要求的危險(xiǎn)場(chǎng)合， 則可以直接采用本安型的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備等防爆措施。工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全是工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用必須考慮的另一個(gè)安全性問(wèn)題。 工業(yè)Word資料...以太網(wǎng)可以將企業(yè)傳統(tǒng)的 3層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即信息管理層、過(guò)程監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，合成一體，使數(shù)據(jù)的傳輸速率更快、實(shí)時(shí)性更高，并可與Internet無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高工廠的運(yùn)作效率，但同時(shí)也引入了一系列的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，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。一般情況下，可以采用網(wǎng)關(guān)或防火墻等對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離， 還可以通過(guò)權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理。另外，最新推出的IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)Ethernet的總線供電規(guī)也進(jìn)行了定義。Ethernet在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中的各種問(wèn)題已經(jīng)得到根本性的解決。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)Ethernet由于其應(yīng)用的廣泛性和技術(shù)的先進(jìn)性， 不僅在民用商業(yè)領(lǐng)域形成了壟斷性優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)應(yīng)用中也具有傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。帶寬高隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備功能逐級(jí)增強(qiáng)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量將會(huì)成倍增加， 加之現(xiàn)在有了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要置 WebServer以網(wǎng)頁(yè)形式與外界溝通信息的需求，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬的要求越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線一般的傳輸速率僅為 1~2Mb/s盡管有些總線可以得到更高的通信速率，如 Contro1Net 的傳輸速率為 5Mb/s，PROFIBUS-DP可高達(dá)12Mb/s，但成本價(jià)格昂貴。作為一種低成本網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， Ethernet目前的速率為 10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10000Mb/s的快速以太網(wǎng)也已開始大量廣泛應(yīng)用，其通信速率比傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線快得多，完全可以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不斷增長(zhǎng)的帶寬要求。應(yīng)用廣泛Ethernet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。以Word資料...工業(yè)以太網(wǎng)為主要研究對(duì)象的眾多國(guó)際組織，如IEA(Industrial EthernetAlliance)、IANOA(IndustrialAutoma-tionNetworkAlliance) 等紛紛成立。幾個(gè)主要現(xiàn)場(chǎng)總線組織(如FF、PROFIBUS、DcviccNct、Con-trolNET 和LonWorks等)也在開發(fā)基于 Ethcr-net的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，更有一些公司己在開發(fā)具有 Ethernet接口的儀表。幾乎所有的編程語(yǔ)言都支持 Ethernet的應(yīng)用開發(fā)，如果采用Ethernet作為現(xiàn)場(chǎng)總線，可以保證有多種開發(fā)工具、開發(fā)環(huán)境供選擇。以太網(wǎng)與其他技術(shù)的對(duì)比以太網(wǎng)技術(shù)能成為全球主流的通訊總線技術(shù)， 是因?yàn)槠鋬?yōu)秀的開放性和靈活性，以及針對(duì)高可靠性需求方面的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新造成的。以太網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的SDH技術(shù)以及CAN、串口等其他的各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)對(duì)比如下。表格1以太網(wǎng)與其他技術(shù)對(duì)比序 項(xiàng)目 SDH技術(shù) 以太網(wǎng)技術(shù) 其他總線技術(shù)號(hào)單級(jí)設(shè)備引入的延遲 由于傳輸速率只有幾1 實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性較好2us 百Kbps，實(shí)時(shí)性差64K，2M，622M，1.25G 10M，100M，1G，10G 帶寬很低，一般為幾百傳輸帶寬需要多級(jí)復(fù)用甚至100G，無(wú)需復(fù)用Kbps大部分不支持時(shí)鐘同IEEE1588及同步以太同步時(shí)分復(fù)用，同步精步；最好的IRIG-B傳3時(shí)鐘同步性能網(wǎng)技術(shù)同步精度可達(dá)度較高輸，同步精度也在100ns甚至10ns以下10ms左右4承載業(yè)務(wù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主視頻、語(yǔ)音、測(cè)量控制測(cè)量、控制等小業(yè)務(wù)量Word資料...多種業(yè)務(wù)5兼容性兼容性一般良好的兼容性互不兼容單向環(huán)，雙向環(huán)，DXC多種冗余保護(hù)拓?fù)淇偩€型或樹型拓?fù)?冗余性能保護(hù)，冗余性能50ms冗余性能50ms無(wú)冗余特性時(shí)分復(fù)用，帶寬利用率高效傳輸，網(wǎng)絡(luò)帶寬利固定帶寬，對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)7效率低用率高處理能力差8服務(wù)質(zhì)量保證無(wú)Qos，優(yōu)先級(jí)無(wú)9組播功能無(wú)支持無(wú)10VLAN功能無(wú)支持無(wú)包交換，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，效總線式，查詢，效率很11工作方式鏈路交換，效率較低率高低12網(wǎng)絡(luò)管理鏈路管理全面管理基本管理與終端互聯(lián)需要轉(zhuǎn)接、13互通性直接互通需要轉(zhuǎn)接交叉14維護(hù)成本專業(yè)維護(hù)，成本高維護(hù)成本低維護(hù)成本較高15連接方式光纖或同軸電纜光纖或雙絞線以單端或差分線為主16路由功能無(wú)支持無(wú)17廣播風(fēng)暴抑制無(wú)支持無(wú)業(yè)務(wù)分類及限18無(wú)支持無(wú)制19多業(yè)務(wù)標(biāo)簽無(wú)支持無(wú)20流量限制無(wú)支持無(wú)Word資料...綜上，可看到，以太網(wǎng)在不斷的發(fā)展中，在服務(wù)質(zhì)量上已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)的SDH傳輸方式，并具有更多靈活、高速帶寬、多業(yè)務(wù)承載、易于維護(hù)的更多優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線相比，其確定性及高效率、優(yōu)秀的綜合管理性能、多業(yè)務(wù)互通性能也為現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展帶來(lái)了更多機(jī)遇， 充分?jǐn)U展了用戶需求的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用案例在工業(yè)及軍工行業(yè)中，以太網(wǎng)技術(shù)以其高可靠性、高品質(zhì)解決了諸多原有網(wǎng)絡(luò)無(wú)法處理的問(wèn)題，為工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和使用帶來(lái)了更高的實(shí)時(shí)性及可靠性。1.船用平臺(tái)信息管理系統(tǒng)圖表1船用平臺(tái)管理系統(tǒng)平臺(tái)網(wǎng)采用雙環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，設(shè)兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)器；兩臺(tái)域控制服務(wù)器，若干客戶端機(jī)器。兩種服務(wù)器都是互為熱備，配以網(wǎng)絡(luò)管理軟件，多功能操作站軟件，形成高可靠性的船舶平臺(tái)信息管理系統(tǒng)。通過(guò)平臺(tái)信息管理系統(tǒng)可以準(zhǔn)確可靠地對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、電站系統(tǒng)、損管系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、航行信號(hào)、液位遙測(cè)等眾多系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。2.智能電網(wǎng)---- 數(shù)字化變電站控制系統(tǒng)智能電網(wǎng)的意義：傳統(tǒng)電網(wǎng)的不足與智能電網(wǎng)的意義： 傳統(tǒng)電網(wǎng)只有單一向的電力傳送， 無(wú)法達(dá)到雙向傳送及自動(dòng)修復(fù)能力；智能電網(wǎng)則可以通過(guò)通信技術(shù)和 IT技術(shù)，將電網(wǎng)資訊集中至電力公司，使電力公司可以完全監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的所有元器件狀態(tài)， 除了能夠控制所有電網(wǎng)元器件以外， 智能電網(wǎng)還可以自動(dòng)化修復(fù)，如果一段輸電線路Word資料...意外斷線，它將自動(dòng)使用備用線路等技術(shù)來(lái)保持整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)作來(lái)防止斷點(diǎn)的可能性。再者，智能電網(wǎng)同時(shí)也能提供工業(yè)用戶與家庭用戶及時(shí)監(jiān)控用電量的功能，用電消費(fèi)者除了可以隨時(shí)了解用電量， 還可以決定花多少電，選擇何時(shí)用電，和愿意付多少電費(fèi)等等。工業(yè)交換機(jī)在數(shù)字化變電站中起到的作用：工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)作為數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備， IEC61850-3對(duì)其提出了嚴(yán)酷的要求，使其能在各種惡劣工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定、 可靠、安全應(yīng)用，為數(shù)字化變電站保駕護(hù)航。數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足實(shí)時(shí)性、 可靠性、安全性和擴(kuò)展性的特殊要求，光纖通信憑借其帶寬寬、可靠性高、保密性強(qiáng)、抗干擾能力好及傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，成為數(shù)字化變電站中理想的通信方式。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)：(1)智能化的一次設(shè)備：一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路，采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)， 變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程控制器代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。(2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備：變電站常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、防誤閉鎖裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、 模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信， 二次設(shè)備不再出現(xiàn)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊。(3)自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)：變電站運(yùn)行管理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)Word資料...行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化、自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因及處理意見；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改為“狀態(tài)檢修”。數(shù)字化變電站對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的要求：在功能方面：（1）要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)支持快速存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式和 QoS服務(wù)質(zhì)量，以保證網(wǎng)絡(luò)中重要的 GOOSE數(shù)據(jù)包得到實(shí)時(shí)傳輸；2）要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)支持基于端口和TAG標(biāo)簽的VLAN，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段隔離，保證重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、可靠傳輸并抑制網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴；3）要求支持冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如環(huán)網(wǎng)、星型網(wǎng)等，以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性；4）要求支持RSTP快速生成樹協(xié)議，提高網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的收斂速度，避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)回和抑制網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴；5）要求支持IGMP組播技術(shù)，利用其限制網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性等等。在電磁兼容方面：要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)必須通過(guò)靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度等電磁干擾實(shí)驗(yàn)和電擊、雷擊等測(cè)試。在環(huán)境溫度方面：要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)必須滿足（-40℃～85℃）寬圍的工作溫度，交換機(jī)的存儲(chǔ)溫度也要求滿足寬溫條件等等。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面：工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)必須通過(guò)專門的強(qiáng)振動(dòng)、 大沖擊的承受度測(cè)試；滿足特定Word資料...的防塵、防潮等要求；具備良好的散熱條件等等。通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的紐帶， 而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接關(guān)系到變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如環(huán)型、星型、樹型等。采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)和星型網(wǎng)相結(jié)合的方式， 可以避免工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的多級(jí)級(jí)聯(lián)和單環(huán)節(jié)點(diǎn)過(guò)多而引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)缺陷， 有利于提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性，有助于保障變電站的正常工作。圖表2數(shù)字化變電站控制系統(tǒng)在圖表2的數(shù)字化變電站控制系統(tǒng)中，存在大量的SV采集數(shù)據(jù)以及以Goose報(bào)文為代表的高實(shí)時(shí)要求的控制報(bào)文。本系統(tǒng)采用雙樹形網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行了間隔層、站控層網(wǎng)絡(luò)劃分，并啟用了Qos服務(wù)質(zhì)量控制，VLAN隔離，使得在正常狀態(tài)下，采樣SV報(bào)文可優(yōu)先傳遞，當(dāng) Goose報(bào)文出現(xiàn)時(shí)，則對(duì) Goose報(bào)文進(jìn)行搶占式優(yōu)先處理。這樣，既保證了正常傳輸中對(duì)業(yè)務(wù)帶寬和延時(shí)的控制， 又能達(dá)到在特殊情況下的高優(yōu)先級(jí)要求報(bào)文的質(zhì)量保證。東土工業(yè)交換機(jī)在淇縣數(shù)字化邊站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用：（1）項(xiàng)目介紹：淇縣智能變電站位于市淇縣西部，京廣鐵路西側(cè)。 2009年6月開工，預(yù)計(jì)2010年12月底竣工投運(yùn)。建設(shè)規(guī)模為本期安裝 180兆伏安主變壓器 2臺(tái)。特點(diǎn)是該站采用電子式互感器， 信息傳輸采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)； 同時(shí)，該變電站按照全數(shù)字式變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，220千伏和110千伏均采用戶外敞開常規(guī)設(shè)備，千伏、110千伏均采用雙母線接線。與傳統(tǒng)變電站相比節(jié)約大量電纜，減少了占地。由于本站二次系統(tǒng)基于 IEC61850協(xié)議采用三網(wǎng)合一模式，過(guò)程層至間隔層Word資料...全部采用光纖以太網(wǎng)通信，全站共需熔接光纖 1152芯，集成度之高、光纖熔接量之大，國(guó)罕見。同時(shí)，本站作為省第一個(gè) 220kV的全數(shù)字化變電站，采用了很多新技術(shù)新方法，這對(duì)設(shè)備的可靠性提出了更高要求。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站的高壓進(jìn)線、智能開關(guān)、變壓器、低壓出線、母差、母聯(lián)等主要設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)， 變電站各種保護(hù)裝置之間的通信協(xié)議采用IEC61850規(guī)約，同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備采用具備 1588時(shí)鐘的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，支持GOOSE報(bào)文等實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，保證變電站的可靠性。在變電站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接。（3）網(wǎng)絡(luò)要求支持1588時(shí)鐘同步GOOSE報(bào)文能優(yōu)先傳輸符合IEC61850-10、IEC61850-8-1、IEC61850-7-1、IEC61850-7-2規(guī)要求網(wǎng)絡(luò)特性達(dá)到零丟包率電磁環(huán)境特性能符合 IEC61850-3規(guī)要求良好的溫度特性和絕緣特性符合 IEC61850-3規(guī)要求采用光纖接入的方式，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性系統(tǒng)采用雙工業(yè)以太網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)GOOSE數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小于 400微妙（4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔I(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系到人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，各級(jí)政府一貫重視煤礦安Word資料...全生產(chǎn)問(wèn)題，并采取一系列措施不斷加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作。 通過(guò)不懈努力，煤礦安全生產(chǎn)總體呈現(xiàn)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)趨勢(shì)， 但是因?yàn)槊旱V生產(chǎn)是地下作業(yè)， 受自然條件影響約束很大，不同的地質(zhì)構(gòu)造和煤層的賦存條件決定了煤礦企業(yè)必須采取不同的開拓開采方法，并且?guī)?lái)了許多自然災(zāi)害，如瓦斯、煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、頂板冒落、礦井透水等，這些都是煤炭生產(chǎn)特有的不安全隱患。煤礦行業(yè)的信息化需求煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜、工作場(chǎng)所黑暗狹窄，人員集中，采掘工作面又隨時(shí)移動(dòng)，由于地質(zhì)條件的變化會(huì)使移動(dòng)的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和問(wèn)題， 如不及時(shí)采取相應(yīng)的有效措施，可能會(huì)導(dǎo)致重大災(zāi)害事故，這就給安全工作帶來(lái)了困難。如何加強(qiáng)目前煤礦企業(yè)、集團(tuán)公司、安全部門對(duì)煤礦安全生產(chǎn)管理模式， 如何實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化成為煤礦企業(yè)關(guān)心的問(wèn)題。 因此，建立能夠全面掌握煤礦安全、生產(chǎn)信息，全面掌握礦區(qū)地面、井下環(huán)境信息、水文地理信息、煤層信息、巷道信息、機(jī)電設(shè)備信息及工作狀態(tài)、井下人員分布及工作狀態(tài)、每班產(chǎn)量等的信息系統(tǒng)極為重要， 生產(chǎn)單位應(yīng)該能做到災(zāi)害預(yù)防、 事故救助、應(yīng)急預(yù)案、安全培訓(xùn)等。東土科技基于礦區(qū)信息化和智能化應(yīng)用而推出了有線、 無(wú)線相結(jié)合的工業(yè)以太網(wǎng)全覆蓋解決方案。工業(yè)以太網(wǎng)全覆蓋，是通過(guò)有線、無(wú)線相結(jié)合的穩(wěn)定可靠通信技術(shù)， 對(duì)礦區(qū)的人(人員定位、無(wú)線通信)、設(shè)備(綜合自動(dòng)化)、環(huán)境(安全監(jiān)控、礦壓監(jiān)控等)實(shí)現(xiàn)信息獲取，并通過(guò)全面覆蓋的高速網(wǎng)絡(luò)（礦區(qū)地面、井下 1000Mbit/s 高速光網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線信號(hào)覆蓋），使煤礦生產(chǎn)單位全面了解整個(gè)安全生產(chǎn)系統(tǒng)的各類情況。工業(yè)以太網(wǎng)全覆蓋面向的重點(diǎn)是所有與礦區(qū)安全、生產(chǎn)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接入。Word資料...因?yàn)榈V區(qū)在建設(shè)過(guò)程中，采用的不同傳感器其廠家不同， 協(xié)議接口不統(tǒng)一，有些是早期建設(shè)項(xiàng)目，沒(méi)有智能接口。建立有線、無(wú)線相結(jié)合的工業(yè)以太網(wǎng)，是達(dá)到全覆蓋的基礎(chǔ)。構(gòu)建全覆蓋的工業(yè)以太網(wǎng)不僅提高礦山的安全管理水平， 更多的是涉及到生產(chǎn)，如利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)礦區(qū)煤運(yùn)皮帶、煤倉(cāng)、洗煤廠、水倉(cāng)、變電站等各個(gè)生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)管和控制， 很大程度提升了礦區(qū)的自動(dòng)化生產(chǎn)能力。應(yīng)用于煤礦礦區(qū)的綜合信息化系統(tǒng)煤礦礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)是將先進(jìn)的自動(dòng)控制、 通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)結(jié)合，將企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制、運(yùn)行與管理作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。綜合自動(dòng)化是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的有效手段，對(duì)于提高煤礦的生產(chǎn)運(yùn)行狀況、安全水平、事故災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理具有重要的作用。構(gòu)建去全覆蓋的工業(yè)以太網(wǎng)方案就是針對(duì)目前煤礦的實(shí)際需求，推出的高效、可靠、安全的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。礦井綜合自動(dòng)化信息系統(tǒng)的主體是以礦用光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的綜合數(shù)字化信息傳輸平臺(tái)。在該系統(tǒng)中，各種接入采集設(shè)備由大量監(jiān)測(cè)環(huán)境、 機(jī)電、人員等傳感器設(shè)備構(gòu)成，如風(fēng)速、風(fēng)量、溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、電壓、電流、功率傳感器等環(huán)境因素、甲烷、CO、CO2、O2、錨桿壓力、鉆孔應(yīng)力、頂板離層環(huán)境傳感器、跑偏、堆煤、煙霧、皮帶打滑等傳感器、煤倉(cāng)料位計(jì)、水位計(jì)等傳感器等機(jī)電因素，以及攝像機(jī)、人員定位等，這些傳感器在礦區(qū)地面、井下構(gòu)建了一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)采集Word資料...設(shè)備接入層。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備主要由鋪設(shè)在地面、井下的千兆光環(huán)網(wǎng)及工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、路由器、防火墻、服務(wù)器等，以及用無(wú)線工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成的WiFi網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成，這些網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了覆蓋整個(gè)礦區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層是礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)， 包含了礦區(qū)3DGIS系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、短信管理平臺(tái)、礦區(qū)應(yīng)急指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等等。該應(yīng)用層硬件提供了各種通用的數(shù)據(jù)接口， 在此之上，生產(chǎn)單位可以方便地將提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井通信系統(tǒng)、應(yīng)急救援通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下調(diào)度無(wú)線通信系統(tǒng)、大巷運(yùn)輸系統(tǒng)、選煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、中央泵房監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫，最后經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)統(tǒng)一傳輸?shù)綉?yīng)用層上進(jìn)行統(tǒng)一的管理，如圖表 3所示，真正實(shí)現(xiàn)礦井“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的信息化和自動(dòng)化，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)、優(yōu)化管理。圖表3煤礦區(qū)信息系統(tǒng)建設(shè)特點(diǎn)該系統(tǒng)依托礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的高速控制網(wǎng)絡(luò)， 通過(guò)推進(jìn)煤礦礦井生產(chǎn)過(guò)程控制，促進(jìn)企業(yè)綜合信息化，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、業(yè)務(wù)信息集成化、信息管理網(wǎng)絡(luò)化，最終實(shí)現(xiàn)煤礦管理決策科學(xué)化、現(xiàn)代化和智能化。系統(tǒng)建設(shè)特點(diǎn)如下?！窀魃a(chǎn)過(guò)程全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并在信息中心分別對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到高產(chǎn)高效的目的?！褡裱冗M(jìn)、可靠、實(shí)用原則，盡量減少投資，節(jié)約成本。Word資料...●加強(qiáng)自動(dòng)化系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)在煤炭行業(yè)的通用性。●實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和信息管理的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)信息系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)障礙存取?！裆衔槐O(jiān)控系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等均基于 WEB瀏覽器模式開發(fā)，支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程維護(hù)?！裉峁┯行У木W(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)試、診斷技術(shù)，保證系統(tǒng)維護(hù)管理簡(jiǎn)明、方便、有效，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠方便及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障、排除故障。國(guó)投白羊嶺煤礦信息化案例針對(duì)煤礦的實(shí)際情況，本著信息網(wǎng)絡(luò)通盤考慮，兼顧煤礦原有建設(shè)投資和未來(lái)發(fā)展需求，國(guó)投白羊嶺煤礦建立了一套完整的工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)信息系統(tǒng)。 隨著信息系統(tǒng)的建設(shè)，該礦區(qū)逐步實(shí)現(xiàn)全礦信息化管理， 最終全面提升了礦安全生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理水平。納入集中監(jiān)控的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)覆蓋生產(chǎn)、安全整個(gè)過(guò)程，包括主煤流運(yùn)輸、井下供排水、35kV變電所、地面變電所、井下變電所、礦井通風(fēng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、給排水、水處理、主井提升等。需要納入集中監(jiān)測(cè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)有包括礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、綜掘工作面、注氮、注漿等。礦井綜合信息化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為 1000Mbit/s 工業(yè)以太網(wǎng)，分為地面1000Mbit/s光纖環(huán)網(wǎng)和井下 1000Mbit/s光纖環(huán)網(wǎng)，地面和井下的環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)分別掛接在環(huán)網(wǎng)上，并為監(jiān)控分站接入提供 100Mbit/s與1000Mbit/s下聯(lián)接口。每個(gè)環(huán)網(wǎng)有兩個(gè)邏輯獨(dú)立的單環(huán)， 傳輸方向相反，且配置成自動(dòng)切換的自愈環(huán)，如圖3所示。Word資料...煤礦綜合自動(dòng)化利用全集成自動(dòng)化的思想， 是將礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備監(jiān)控融為一體，與工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)協(xié)作，利用工業(yè)以太網(wǎng)，在地面中央信息中心控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦井各生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備的監(jiān)視和控制。 并可將信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給礦級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，使礦級(jí)領(lǐng)導(dǎo)在辦公室通過(guò)計(jì)算機(jī)即可隨時(shí)了解安全、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)、人事、運(yùn)銷等各種信息，實(shí)現(xiàn)全礦井統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理。煤礦數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以通過(guò)專線和集團(tuán)信息中心聯(lián)網(wǎng)， 本地中心服務(wù)器作為集團(tuán)中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分站，實(shí)現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)采集和初步分析。 經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給信息中心，信息中心服務(wù)器做統(tǒng)一處理或存儲(chǔ)，如圖 3所示。該方案技術(shù)起點(diǎn)高、針對(duì)性強(qiáng)。一方面充分利用煤礦現(xiàn)有自動(dòng)化設(shè)備， 將不同時(shí)期、不同廠家、不同自動(dòng)化水平的設(shè)備