工业以太网在煤矿膏体充填系统中的应用.docx

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1、工业以太网在煤矿膏体充填系统中的应用chendong导语：用于煤矿井下的工业以太网交换机，给出了硬件和软件设计的根本原理，在煤矿井下首次实现了宽带数据通信摘要：设计了一种用于煤矿井下的工业以太网交换机，给出了硬件和软件设计的根本原理，在煤矿井下首次实现了宽带数据通信。关键词：矿井；工业以太网；交换机；监测监控0引言对消费中的各个消费与保障环节的主要参数进展各种各样的监测与控制是煤矿平安消费的重要保障。在我国，传统的监测监控系统主要有KJ4系统、KJ90系统、KJ95系统等，这些监测监控系统根本上都采用集散系统构造，一般由现场测控分站和控制中心主站组成。固然这些监测监控系统在我国煤炭平安监测监控

2、领域曾经发挥了宏大作用，但随着煤矿消费的开展和自动化程度的不断进步，这些系统固有的传输速率低、缺乏统一的通信协议标准和网络构造等缺陷已经不能适应建立高产高效当代化矿井的需要。当代煤矿消费必须改造传统的功能单一的消费、平安调度指挥系统，建立一个数字化的网络信息平台，实现矿井乃至全矿区的信息化和综合自动化。煤矿急需新的技术，以带动全矿综合自动化程度的进步，促进煤矿消费向高产高效方向开展。1工业以太网简述与包括现场总线在内的其它控制网络相比，以太网具有应用广泛、本钱低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续开展潜力大等众多优点，在、速度和价格等许多方面都有着其它网络无可比较的优势。随着以太网性能的进步

3、和解决以太网实时性问题的技术不断推出，将以太网应用于工业现场将是工业控制领域的必然选择。目前，在地面上已经有实际应用。国家煤矿平安监察局有关指导和专家在新近举行的制定（）煤矿平安监测监控系统平安条件）研讨会上提出，使用工业以太网作为井下的主干传输网络、现场总线作为连接等现场设备的网络，应当是近期内矿井传输网络的研究重点和建立方向。可以预见，工业以太网也将是将来矿井宽带通信网络建立的必然选择。矿用工业以太网交换机是用于建立煤矿井下工业以太网的产品，设计中采用了高性能以太网交换机芯片和网络处理器芯片，具有工业级的可靠性和实时性，能知足在井下恶劣环境中长期、稳定工作的需要。2硬件设计矿用工业以太网交

4、换机的设计分硬件设计和软件设计2个局部。硬件设计符合（）煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求）和（）爆炸性环境用防爆电气设备本质平安型电路和电气设备要求）等技术标准，电路从功能上可分为2个局部：以KS8999芯片为主的交换电路局部和以$3C4510B芯片为主的控制电路局部，系统框图如图1所示。图1交换机硬件系统框图其中KS8999芯片是一款高性能以太网交换机芯片，负责各个端口之间的数据包转发，芯片背板带宽高达2Gbps，包含8个10M/100M自适应以太网接口和1个10M100M的MII接口，另外有8组LED指示灯接口，可以用于指示端口的连接、速率、冲突等状态，便于监视交换机各端口的

5、运行情况。$3C4510B芯片为网络处理器芯片，其内部使用ARM7处理器内核，主频为50MHz。网络处理器芯片也包含1个MII接口，交换机芯片与控制芯片之间通过该接口连接，完成2个芯片之间的数据交换。通过控制芯片可以启动各种效劳程序，如串口效劳器、WebServer等，以使用户很方便地通过网络或者其它方式管理和控制交换机。芯片上的JTAG接口用于在开发经过中在线监视程序运行情况，并在设计完成后，将程序写入FIASH。KS8999和$3C4510B芯片的核心电压分别为+2V和+3.3V。因为高速线路板对电源纹波特性有较高要求，一般在芯片的电源输入端，纹波不能大于电源电压的5，因此选择较为常用的+

6、5V电源输入，使用2个性能可靠的可变输出电源模块MIC29302，可输出纹波很小的+2V和+3.3V稳定电压。PulseH1164是以太网物理层隔离变压器芯片，提供4路以太网接口，主要作用是滤波和隔离。EEPROM是一个128B的存储器芯片，存储了交换机的各种配置信息，如VIAN、端口优先级、端口速率等。交换机在上电或者复位时，会通过存储器接口读取EEPROM中的信息，完成交换机的根本功能设定。另外，EEPROM也通过IIC总线与控制芯片$3C4510B连接，这样，控制芯片可以通过读写EEPROM中的数据实现对交换机功能的管理和控制。2MB的FLASH是闪速存储器芯片，用于存储软件程序。考虑到

7、FIASH的读写速度相对较慢，交换机上电或者复位时，FIASH中的程序会自动加载到容量为4MB的SDRAM中执行，以进步运行速度。3软件设计在硬件设计并调试完成的根底上，需要编写软件以对交换机进展管理和控制，实现VIAN划分、端口优先级设置等功能。系统软件通过网络处理器芯片的JTAG接口写入FIASH芯片中。在交换机上电启动后，软件程序自动加载到SDRAM中运行。软件主要分为3个局部：IIC总线控制程序、webServer程序、串口效劳器程序。3.1IIC总线控制程序IIC总线控制程序是实现各种控制程序的根底，网络处理器芯片$3C4510B即是通过该程序读写EEPROM，进而对交换机进展各种配

8、置，webServer和VT100都需要调用IIC总线程序，将用户所填写的控制信息写入EEPROM，或读取EEPROM的内容以解析交换机的工作状态。3.2WebServer程序启动webServer效劳后。用户可以在效劳器上通过IE阅读器对交换机进展管理和控制，方便而且直观地实现各种控制功能，并可以查看交换机的工作情况。为防止未知用户对交换机随意改动，程序设定需要登录才能访问交换机，修改数据。3.3串口效劳器程序为方便在设备安装之前对交换机进展一些根本的设定，设计了串行接口电路，用户可以使用串行总线连接交换机与工业控制计算机，通过交换机的超级终端程序访问交换机，并配置其IP地址等参数。4防爆设

9、计由于井下环境极其恶劣，所以除了在硬件设计的时候需要考虑电路板的电气特性以外，还需要设计交换机的防爆外壳。外壳的设计参照（）煤矿平安标准）、（）煤矿设计标准）、（）爆炸性环境用防爆电气通用设备要求）、（）煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求）、（）爆炸性环境用防爆电气设备本质平安型电路和电气设备要求）等技术标准，要求产品可以通过振动、冲击、淋水、湿热、上下温工作、电压波动等1O多项平安检测，确保可以平安运行在井下有爆炸性气体的环境中。5应用方案通过井下阻燃光缆或者阻燃五类线，矿用工业以太网交换机可以直接和各种支持工业以太网标准的分站、摄像仪、集控系统等设备连接，或通过接入网关设备，将不支持以太网标准的监测监控系统接入交换机。井下应用方案如图2所示。6结语矿用工业以太网交换机是新型的煤矿井下通信产品，支持标准的TCPIP协议和IEEE8023u协议。编辑：陈东