卜庆广

【摘要】工业以太网是21世纪新型的主导工业自动化领域系统，在本篇中先阐述了工业以太网的发展现状，给出了矿山应用工业以太网的必要性以及实施重点，并在矿山应用基础上提出了基于TCP/IP光纤环网网络的设计目标和设计原理，最后总结了当前工业以太网的技术应用和发展前景。

【关键词】工业以太网；TCP/IP协议；嵌入式系统技术

1.工业以太网发展现状

以太网（Ethernet）是一种拥有产品设计、冲突检测、载波监听等多种功能接入的技术，既是计算机连接局域网络的标准，又是互联装备共同分享数据的通信协议。比如说在接入检测冲突接口时，主机在检测到线路空闲时才能发送数据，而不是直接将数据发送。随着以太网传输速率的大幅度提高，以太网被广泛使用，形成了以太网集线器的技术领域。在以太网+TCP/IP协议上，先进的网络技术不断碰撞、摩擦，最终形成了在工业网络中低成本、高效控制的工业以太网技术。该项技术使用起来方便快捷且功能强大，可以把多项企业网络层面连接起来，形成企业特殊的基于TCP/IP光纤环网网络的网上信息系统。

2.矿山应用工业以太网的必要性

目前，我国越来越多的矿井实施了矿山综合信息化建设，已成为当代矿井开发的一种必然趋势。参考已经实施过的矿井的综合信息化建设结果，可以发现凡是走矿井综合信息化建设老路没有创新改革和建设过程中信息软件平台臃肿的矿井单位，其最终的建设结果都是失败的，所以这就需要树立可靠、实用的信息化建设目标，对矿井生产加工时不能漏掉每一项安全检查，在保证矿井安全的基础上再谈控制矿井的要求。因此，统一的软件平台、硬件传输平台和管理平台的建设是实现矿井综合信息化建设的必经步骤。红岭的有色矿业之前的网络布线重复且复杂，传输效率也不高，所以，环形网的建设是相对合理科学的，将井上和井下的线路建立统一的数据传输平台，这样既能够满足现代矿井信息建设的发展要求，又能够利用工业以太网的优势掌控整个红岭矿山的电子信息技术。此外，工业以太网采用信号传输和独立的检测系统也能够无限制接入信息平台。

3.基于TCP/IP光纤环网网络的设计目标

构建覆盖全部矿井的工业以太网，实现工业生产过程自动化、数字监控安全化、企业管理信息化、信息管理集约化，利用统一的以太网数据传输平台实现智能化、科学化的矿井管理是工业以太网系统的设计的总体目标。通过信息技术、网络技术的综合利用把视频、音频、图画的现象呈现的眼前，达到综合管理的目标，实现安全生产礦井的目标。在技术方面要有统一的技术标砖，既能够确保技术指标标准，规范系统流程，又能够保证系统软件正常安全的运行；在实施过程和内容中，要统一分配，组织明确，实施中突出实施重点、难点，投入时多加慎重，利用充足的机械装备进行勘察检测，满足工作人员的基本需求，保证其工作环境不受干扰；在管理上，需要精简机构，完善人员分配，结合现代化管理技术实现管理自动化、科学化；在系统调用上，要求用户资料的规范性和详细性，并保证用户的安全性。

4.设计的原理

（1）工业以太网拓扑结构 环形工业以太网是综合信息自动化控制平台最主要的主干结构，主干网的传输介质是光纤，运用交换机进行工业以太网数据交换。井上和井下可以设置多个环网，环网相连构成的信息网会成为安全的监控中心。由于在矿井条件下，环境十分恶劣，恶劣的地理环境将会导致网络的意外断裂的风险升高，所以处于安全生产的需要，要求信息传输网络链线路冗余。因此，使用环形以太网结构在很大程度上解决了网络意外断裂的可能，确保了以太网的安全性和可靠性。从生产上来看，其实环形网络是一个简单的网络环，在任意一条网络线路出现问题时都会有备用的线路使用传输，实现了以太网的高效可用性。（2）嵌入式系统技术 嵌入式系统是能够完成一种或多种特定功能的计算机系统，具有高度灵活化、相应速度迅速、代码简便的特点，是软硬件的紧密结合体，适用于多任务或任务限制的应用条件。与常规计算机系统不同的是，嵌入式系统技术的每一套嵌入系统的开发都有其针对性和目的性的联系，也有着相应的特殊功能，不仅大大提高了传输效率更最大限度的发挥了硬件和软件的作用。另外，在通信和控制领域内，嵌入式系统也发挥了不可替代的作用。

5.技术分析

控制系统网络可分为信息层、控制层和设备层三层，与传统的控制系统相比，工业以太网打破了之前只在信息层采用以太网技术的缺陷，在控制层和设备层也采用了相当先进的以太网技术，基本来说，所有的PLC和I/O供应商都能够提供支持TCP/IP的以太网借口产品。工业以太网被广泛使用后，控制器的作用被凸显出来，既可位于现场控制又可远程控制，打破了时间、地点的限制。目前，控制的远程I/O支持以太网的功能越来越广泛，有的甚至已经集成了Web服务器，并且允许在信息层的用户也可以像处在控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值，但在本质上仍有着一定的差距。

图1为工业以太网的网体结构图，从图中可以明显看出，以太网是连接整个系统的总线。每个控制器中都有含有集成器技术，使得以太网拥有了兼容性和整体涵盖性。CTP/IP已成为标准网络协议，这是以太网正常运作的大脑，通过分配空间将内部硬件从外部硬件中分离出来。图中也指出远程I/O模块是实现TCP/IP网络协议的关键部分。通过软件或者硬件的方式将成为TCP/IP协议最大的发展可能。随着计算机技术的迅猛发展，工业以太网技术使用越来越广泛。基于TCP/IP光纤环网网络协议平台，可大力发展嵌入式技术，嵌入式系统技术作为TCP/IP通信协议的关键点是未来发展最大的前景之一。将TCP/IP的通信协议栈与嵌入式微处理器相结合，应用以太网的技术标准实现数据层的转换，通过网络接口通信，实现网络的连接和内置软硬件的功能，从而建立满足各项要求的以太网。