1、这种网络得性能主要由传输与接收得元件 性能决定。通过网段得微化增加了每个网段得呑吐量与带宽，为每个节点提供了 独占得点到点链路。这样，在体系结构上与简单得点到点得连接完全一样，每个设 备都有一个专用得单独信道连接到另一个设备，因此不需要竞争底层传输信道。交换式Ethernet克服了传统Ethernet得缺点，大大提高了网络性能，使原来得共 享式带宽变成了独占式带宽、较好地解决了带宽问题。对于普通共享式Ethernet, 若共有N个用户，则每个用户占有得平均带宽只有总带宽（如100Mb/s）得N分之 一；而使用交换机之后，虽然数据传输速率仍为100Mb/s,但由于一个用户在通信 时就是独占而不就
2、是与其她网络用户共享传输媒体得带宽，因此整个局域网得可 用带宽相当于N*100Mb/so使用交换机，还可以对网络上传输得数据进行过滤，使每个网段内节点之间 数据得传输只限在本地网段内进行，而不需要经过主干网，也就不会占用其她网 段得带宽，从而降低了所有网段与主干网得网络负荷。而全双工通信又使得端口 间两对传输线路（双绞线或光纤等）上分别同时接收与发送报文帧，而不发生冲突, 因此也不再受到CSMA/CD得约束。全双工交换式Ethernet已经成为一个确定性 网络，不会因冲突而引超通信非确定性,Ethernet得通信实时性得到了保障。工业可靠性由于传统得Ethernet并不就是为工业应用而设计得，
3、没有考虑工业现场环 境得适应性需要。工业现场得机械、气候.尘埃等条件非常恶劣，因此对设备得 工业可靠性提出了更高得要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好得可議性, 可恢复性以及可维护性。随着技术得发展.Ethernet得网络传输线已从昂贵且难以安装得同轴电缆 变化到廉价得非屏蔽双绞线，它得抗干扰能力可与420mA模拟传输线路相当，如 果需要更强大得抗干扰能力可以采用屏蔽双绞线或光纤网络。为了提高工业以太 网得工业可靠性，在进行系统设计时，可通过可靠性设计提高现场设备得可叢性;釆用环形冗余结构Ethernet以提高系统得可恢复性；釆用智能设备管理系统，对 现场设备进行在线监视与诊断、维护管理。
4、安全性在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒乞体等，对应 用于这些工业现场得智能装置以及通信设备，都必须釆取一定得防爆技术措施来 保证工业现场得安全生产。以太网系统得本质安全包括几个方面，即工业现场Ethernet交换机、传输介质以及基于Ethernet得变送器与执行机构等现场设备。由于目前以太网收发器本身得功耗都比较大，一般都在6070mA得这种缺陷已经 得到解决，因此过去低功耗得Ethernet现场设备设计难以实现得要求与目标已 经完全可以满足。在目前技术条件下，对于没有严格得本安要求得非危险场合，对以太网系统 可以釆用隔爆防爆得措施，即通过对Ethernet现场设备釆取
5、增安、气密、浇封等隔爆措施，使现场设备本身得故障产生得点火能量不会外泄，以保证系统运行得 安全性。对于有严格得本安要求得危险场合，则可以直接采用本安型得工业以太 网设备等防爆措施。工业系统得网络安全就是工业以太网应用必须考虑得另一个安全性问题。工业以太网可以将企业传统得3层网络系统，即信息管理层、过程监控层、现场设 备层，合成一体，使数据得传输速率更快、实时性更高，并可与Internet无缝集成, 实现数据得共享提高工厂得运作效率,但同时也引入了一系列得网络安全问题, 工业网络可能会受到包括病毒感染、黑客得非法入侵与非法操作等网络安全威 胁。一般情况下，可以采用网关或防火墻等对工业网络与外部网
6、络进行隔离，还可 以通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络得安全管理。另外，最新推出得IEEE802、3af标准中，对Ethernet得总线供电规范也进行了定 义。Ethernet在工业应用过程中得各种问题已经得到根本性得解决。工业以太网得优势Ethernet由于其应用得广泛性与技术得先进性，不仅在民用商业领域形成了垄断性优势，在工业应用中也具有传统现场总线所无法比拟得优越性。带宽高随着现场设备功能逐级增强，工业网络中传输得数据量将会成倍增如，加之现在有了现场设备要内置Web Server以网页形式与外界沟通信息得需求，工业网络对带宽得要求越来越高。而传统得现场总线一般得传输速率仅为lP
7、Mb/s尽管 有些总线可以得到更高得通倍速率，如Control Net得传输速率为 5Mb/s,PR0FIBUS-DP可高达12Mb/s,但成本价格昂贵。作为一种低成本网络技术,Ethernet目前得速率为10Mb/s. 10OMb/s.lOOOMb/s. lOOOOMb/s得快速以太网也已开始大量广泛应用，其通信速率比传统得现场总线快得多，完全可以满足工业网络不斷增长得带宽要求。应用广泛Ethernet就是目前应用最为广泛得计算机网络技术，受到广泛得技术支持。以工业以太网为主要研究对象得众多国际组织.如IEA （Industr i a I EthernetAlliance）、IANOA （I
8、ndustrial Automa-t i on Network Al I iance）等纷纷成立 o 几个主要现场总线组织（如 FF、PROFIBUS. DcviccNct. Con-trolNET 与 LonWorks等）也在开发基于Ethcr-net得现场总线协议，更有一些公司己在开发具有Ethernet接口得仪表。几乎所有得编程语言都支持Ethernet得应用开发，如果采用Ethernet作为现场总线，可以保证有多种开发工具.开发环境供选择。以太网与其她技术得对比以太网技术能成为全球主流得通讯总线技术，就是因为其优秀得开放性与灵活性，以及针对高可靠性需求方面得持续发展创新造成得。以太网技
9、术与传统得SDH技术以及CAN、串口等其她得各种现场总线得特点对比如下。表格1以太网与其她技术对比序号项目SDH技术以太网技术其她总线技术1实时性实时性较好单级设备引入得延迟2us山于传输速率只有儿 百Kbps,实时性差2传输带宽64K、2M,622MJ、25G需要多级复用lOM.IOOM.lGlOG 其至100G无需复用带宽很低，一般为几百Kbps3时钟同步性能同步时分复用，同步精度较高IEEE 1588及同步以太 网技术同步精度可达 lOOns其至lOns以下大部分不支持时钟同 步;最好得IRIG-B传 输,同步精度也在10ms 左右4承载业务语音业务为主视频、语音、测量控制多种业务测量、
10、控制等小业务量5兼容性兼容性一般良好得兼容性互不兼容6冗余性能单向环，双向环,DXC 保护，冗余性能50ms多种冗余保护拓扑冗余性能50ms总线型或树型拓扑无冗余特性7效率时分复用，带宽利用率低高效传输，网络带宽利 用率高固定带宽，对突发业务处理能力差8服务质量保证无Qos,优先级9组播功能支持10VLAN功能11丄作方式链路交换，效率较低包交换，存储转发，效率总线式，查询，效率很低咼12网络管理链路管理全面管理基本管理13互通性与终端互联需要转接、交叉直接互通需要转接14维护成本专业维护,成本高维护成本低维护成本较高15连接方式光纤或同轴电缆光纤或双绞线以单端或差分线为主16路山功能17广播
11、风暴抑制18业务分类及限制19多业务标签20流量限制综上，可瞧到，以太网在不斷得发展中，在服务质量上已经趨过了传统得SDH传输方式，并具有更多灵活、高速带宽.多业务承载、易于维护得更多优势及特点.与传统得现场总线相比，其确定性及高效率、优秀得综合管理性能、多业务互通性能也为现场总线得发展带来了更多机遇，充分扩展了用户需求得实现。应用案例在工业及军工行业中，以太网技术以其高可靠性、高品质解决了诸多原有网络无法处理得问题，为工业通讯网络得建设与使用带来了更高得实时性及可靠性。仁船用平台信息管理系统 图表1船用平台管理系统 平台网釆用双环网冗余设计，设两台网络数据浏览服务器；两台域控制服务器，若干客
12、户端机器。两种服务器都就是互为热备，配以网络管理较件，多功能操作站软件,形成高可靠性得船舶平台信息管理系统。通过平台信息管理系统可以准确可靠地对动力系统、电站系统、损管系统、空调系统、航行信号、液位遥测等众多系统进行控制与监测。2、智能电网一一数字化变电站控制系统智能电网得意义: 传统电网得不足与智能电网得意义：传统电网只有单一向得电力传送，无法达到双向传送及自动修复能力；智能电网则可以通过通信技术与IT技术,将电网 资讯集中至电力公司，使电力公司可以完全监测电网得所有元器件状态，除了能 够控制所有电网元器件以外，智能电网还可以自动化修复，如果一段输电线路意 外断线，它将自动使用备用线路等技术
13、来保持整个电网得运作来彷止斷点得可能 性。再者，智能电网同时也能提供工业用户与家庭用户及时监控用电量得功能, 用电消费者除了可以随吋了解用电量，还可以决定花多少电，选择何吋用电，与愿 意付多少电费等等。工业交换机在数字化变电站中起到得作用: 工业以太网交换机作为数字化变电站通信网络得关键设备,IEC61850-3对其提出了严酷得要求，使其能在各种恶劣工业环境下长期稳定、可靠、安全应用, 为数字化变电站保驾护航。数字化变电站通信网络必须满足实吋性.可*性、安 全性与扩展性得特殊要求，光纤通信凭借其带宽宽、可靠性高、保密性强、抗干 扰能力好及传输距离远等优点，成为数字化变电站中理想得通信方式。数字
14、化变电站自动化系统得特点:（1）智能化得一次设备：一次设备被检测得信号回路与被控制得操作驱动回路，釆用微处理器与光电技术设计，变电站二次回路中常规得继电器及其逻辑回 路被可编程控制器代替，常规得强电模拟信号与控制电缆被光电数字与光纤代替。（2）网络化得二次设备：变电站内常规得二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置.电压无功控制、同期操作装 置以及正在发展中得在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化得微处理机设 计制造，设备之间得连接全部釆用高速得网络通信，二次设备不再出现功能装置 重复得I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规得功能装置变
15、成了逻辑得功能模块。（3）自动化得运行會理系统：变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，能及吋提供故障 分析报告，指出故障原因及处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规得变电站设备“定期检修”改为“状态检修” O数字化变电站对工业以太网交换机得要求: 在功能方面:（1）要求工业以太网交换机支持快速存储转发方式与QoS服务质量，以保证网络中重要得GOOSE数据包得到实时传输;（2）要求工业以太网交换机支持基于端口与TAG标签得VLAN,实现网段隔离,保证重要数据得实时、可靠传输并抑制网络广播风暴;（3）要求支持冗余得网络拓扑结构
16、如环网、星型网等，以提高网络得可靠性;（4）要求支持RSTP快速生成树协议,提高网络故障时得收敛速度，避免网络环回与抑制网络广播风暴;（5）要求支持IGMP组播技术，利用其限制网络中得数据，保证网络得实时性、可議性等等。在电麻兼容方面: 要求工业以太网交换机必须通过静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等电饌干扰实验与电击、雷击等测试。在环境温度方面: 要求工业以太网交换机必须满足（-40985C）宽范围得工作温度，交换机得存储温度也要求满足宽温条件等等。在机械结构方面: 工业以太网交换机必须通过专门得强振动.大冲击得承受度測试；满足特定得防尘、防潮等要求；具备良好得散热条件等等。
17、通信网络就是数字化变电站自动化系统得纽带，而网络拓扑结构直接关系到变电站得安全稳定运行。工业以太网交换机支持多种网络拓扑结构如环型、星型.树型等。釆用光纤冗余环网与星型网相结合得方式，可以避免工业以太网交换机得多级级联与单坏节点过多而引发得网络缺陷，有利于提高网络得可靠性、实叶性与扩展性，有助于保障变电站得正常工作。图表2数字化变电站控制系统 在a表2得数字化变电站控制系统中，存在大量得SV采集数据以及以Goose报文为代表得高实时要求得控制报文。本系统釆用双树形网络，并进行了间隔层、站控层网络划分，并启用了 Qos服务质量控制，VLAN隔离，使得在正常状态下，釆样SV报文可优先传递，当Goo
18、se报文出现时则对Goose报文进行抢占式优先处 理。这样，既保证了正常传输中对业务带宽与延时得控制，又能达到在特殊情况下 得高优先级要求报文得质量保证。东土工业交换机在河南淇县数字化边站控制系统中得应用:项目介绍:淇县智能变电站位于鹤壁市淇县西部，京广铁路西侧。2009年6月开工，预计2010年12月底竣工投运。建设规模为本期安装180兆伏安主变压器2台。特点就是该站釆用电子式互感器，信息传输采用光纤以太网络；同吋，该变电站按照全数字式变电站进行设计，220千伏与110千伏均釆用户外敞开常规设 备,220千伏、门0千伏均采用双母线接线。与传统变电站相比节约大量电缆，减 少了占地。由于本站二次
19、系统基于IEC61850协议釆用三网合一模式，过程层至间隔层全部釆用光纤以太网通信，全站共需熔接光纤1152芯，集成度之高.光纤熔接量 之大，国内罕见。同时，本站作为河南省第一个220kV得全数字化变电站，采用了 很多新技术新方法，这对设备得可靠性提出了更高要求。（2）系统结构变电站继电保护系统对变电站内得高压进线、智能开关、变压器、低压出线、母差、母联等主要设备进行检測与保护，变电站内各种保护装置 之间得通信协议釆用IEC61850规约，同时要求网络通信设备釆用具备1588时钟 得工业以太网交换机，支持GOOSE报文等实时转发，保证变电站得可靠性。在变电 站内实现网络得无缝连接。（3）网络要
20、求支持1588时钟同步GOOSE报文能优先传输符合 IEC61850-10. IEC61850-8-1. IEC61850-7-仁 IEC61850-7-2 规范要求 网络特性达到零丢包率 电麻环境特性能符合IEC61850-3规范要求良好得温度特性与绝缘特性符合IEC61850-3规范要求 釆用光纤接入得方式，提高网络得可靠性 系统釆用双工业以太网得通信结构GOOSE数据网络时延小于400微妙网络拓扑3、工业以太网交换机在煤炭行业得应用煤矿安全生产关系到人民群众得生命与财产安全，各级政府一贯重视煤矿安全生产问题，并釆取一系列措施不断加强安全生产工作。通过不懈努力，煤矿安全 生产总体呈现稳定好
21、转趋势，但就是因为煤矿生产就是地下作业，受自然条件影 响约束很大，不同得地质构造与煤层得賦存条件决定了煤矿企业必须釆取不同得 开拓开釆方法，并且带来了许多自然灾害，如兄斯、煤尘爆炸、矿井火灾、顶板冒 落、矿井透水等，这些都就是煤炭生产特有得不安全隐患。煤矿行业得信息化需求 煤炭生产系统复杂、工作场所黑暗狭窄，人员集中，釆掘工作面又随吋移动,由于地质条件得变化会使移动得釆掘工作面不斷出现新情况与问题，如不及时采 取相应得有效措施，可能会导致重大灾害事故，这就给安全工作带来了困难。如何加强目前煤矿企业、集团公司、安全部门对煤矿安全生产管理模式，如何实现管理得现代化、信息化成为煤矿企业关心得问题。因
22、此，建立能够全面掌 握煤矿安全、生产信息，全面掌握矿区地面.井下环境信息、水文地理信息、煤 层信息、巷道信息、机电设备信息及工作状态、井下人员分布及工作状态、每班 产量等得信息系统极为重要，生产单位应该能做到灾害预彷、事故救助、应急预 案、安全培训等。东土科技基于矿区信息化与智能化应用而推出了有线、无线相结合得工业以太网全覆盖解决方案。工业以太网全覆盖,就是通过有线、无线相结合得稳定可靠通信技术，对矿区得人（人员定位、无线通信）、设备（综合自动化）.环境（安全监控、矿压监控等） 实现信息获取，并通过全面覆盖得高速网络（矿区地面、井下1000Mbit/s高速光 网络、无线信号覆盖），使煤矿生产单
23、位全面了解整个安全生产系统得各类情况。工业以太网全覆盖面向得重点就是所有与矿区安全、生产相关得网络接入。因为矿区在建设过程中，釆用得不同传感器其厂家不同，协议接口不统一，有些就 是早期建设项目，没有智能接口。建立有线、无线相结合得工业以太网，就是达到 全覆盖得基础。构建全覆盖得工业以太网不仅提高矿山得安全管理水平，更多得就是涉及到生产，如利用信息技术、网络技术以及传感网络对矿区煤运皮带、煤仓、洗煤厂、 水仓、变电站等各个生产相关设备系统得监管与控制，很大程度提升了矿区得自 动化生产能力。应用于煤矿矿区得综合信息化系统 煤矿矿区综合信息化系统就是将先进得自动控制、通讯、计算机技术、信息技术与现代
24、管理技术结合，将企业得生产过程控制、运行与管理作为一个整体进 行控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业得优化运行、优化控制与优化管理, 从而提高企业核心竞争力O综合自动化就是煤矿实现高产高效得有效手段，对于提高煤矿得生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要得作用。构建去全覆盖得工业以太网方案就就是针对目前煤矿得实际需求，推出得高效、可靠.安全得自动化网络系统。矿井综合自动化信息系统得主体就是以矿用 光纤工业以太环网技术构建得综合数字化信息传输平台。在该系统中，各种接入釆集设备由大量监测环境、机电、人员等传感器设备构成，如风速、风量.温度、转速.振动、电压.电流.功率传
25、感器等环境因素.甲烷、co、C02、02、锚杆压力.钻孔应力.顶板离层环境传感器、跑偏、堆煤、 烟雾、皮带打滑等传感器、煤仓料位计.水位计等传感器等机电因素，以及摄像 机、人员定位等，这些传感器在矿区地面.井下构建了一个庞大得数据采集设备 接入层。网络层设备主要由铺设在地面、井下得千兆光坏网及工业级以太网交换机设备、光电转换设备、路由器、防火墻、服务器等，以及用无线工业以太网交换机 组成得WiFi网络等构成，这些网络构建了覆盖整个矿区得数据网络。应用层就是矿区综合信息化系统，包含了矿区3DGIS系统、综合自动化系统、人员管理系统、视频监控系统、短信管理平台、矿区应急指挥系统、调度系统等等。该应用层硬件提供了各种通用得数据接口，在此之上，生产单位可以方便地将提升机监控系统、安全监控系统、矿井通信系统、应急救援通信系统、视频监 控系统、井下调度无线通信系统、大巷运输系统、选煤厂计算机控制系统、主通 风机监控系统、压风机监控系统、中央泵房监控系统、工业电视系统等系统进行 无缝链接，最后经过工业以太网平台统一传输到应用层上进行统一得管理，如图 表3所示，真正实现矿井“釆、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节上得信 息化与自动化，从而达到优化生产、优化管
