基于EIP協議的綜采工作面自動化系統通信平臺的研究與前景分析

摘 要：綜采是我國煤礦最主要的采煤工藝，近幾年國內有很多科研院所和自動化公司開展了有關綜采工作面的少人化和無人化（自動化綜采工作面）的研究，以解決煤礦安全生產的核心課題，解決這一難題的關鍵是從綜采系統的整體角度來思考自動化采煤問題。并且綜采工作面是煤礦生產最前沿的工作環節，也是最復雜的工作環節。其設備數量多，設備之間互相制約、相互協調，任何單一設備都無法脫離其它設備而單獨完成任務。這都要求綜采工作面自動化系統要具備高可靠性、實時性和對綜采各設備接入的高度開放性、擴展性。另外隨著綜采自動化控制系統的發展和智能礦山、數字礦山技術的實現，也都對作為自動化系統各設備互聯的“信息高速網絡”（通信平臺）在實時性、可靠性、數據帶寬和通信距離等技術性能有非常高的要求。因此研究一種適用于綜采工作面自動化系統的，具有高實時性、高可靠性、高數據帶寬和遠距離通信能力的通信平臺對我國煤炭的安全、高效和綠色生產具有很大意義。

關鍵詞：EIP協議；自動化；通信平臺

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、基于EIP協議的綜采自動化系統通信平臺的研究

（一）EIP協議概述

EtherNet/IP（Ethernet Industrial Protocol）技術是包含EtherNet/IP，DeviceNet，ControlNet等多種協議的CIP（通用工業協議）技術與以太網技術的巧妙結合，它基于標準的TCP/IP協議，只是在TCP或UDP報文的數據部分嵌入了CIP封裝協議，封裝協議的主要任務是定義和規范了如何封裝和傳輸上層協議報文，以及如何管理和利用下層TCP/IP連接，起到承上啟下的作用目前，EtherNet/IP己經成為國際標準，在世界上已經得到數以百計的廠商支持，國際上ODVA、CI、IAONA和IEA，也一直在進行EtherNet/IP的技術開發和管理工作。相應開發工具可以從www.odva.org和www.controlnet.org中獲得。

（二）EtherNet/IP協議通信原理

CIP控制和信息協議是EtherNet/IP的特色，該協議既提供實時的I/O通信功能，又實現數據信息的對等傳輸功能，其控制模塊利用隱形報文來實現實時的I/O通信功能，信息模塊則利用顯性報文實現非實時狀態的信息交換功能。CIP協議的一個非常重要的特點是介質的無關性，即實施CIP應用層協議時與底層介質無關，這使得人們能夠在控制系統和I/O設備上隨意實施這一開放協議。與源/目的通信模式有很大不同，EtherNet/IP協議采用的是生產/消費的模式，即允許網絡上的節點存取數據時可以同時存取來自同一個源的數據。在新的生產/消費的模式中，數據會被附加上一個屬于自身的唯一標識，數據源將把數據一次性發送到網絡，節點可以選擇性地對這些數據進行讀取，這樣大大提高了數據的傳輸效率。

（三）EtherNet/IP協議的特點

1.Ethernet/IP協議兩類報文

（1）隱式報文：主要用來傳輸系統中的實時I/O數據、功能性安全數據和系統動作控制數據等周期實時性數據。采用以太網中的UDP協議，將UDP報文映射到IP多播傳送，實現高效I/O交換，有力的支持了生產者/消費者通信模式；（2）顯式報文：主要用來傳輸系統中的配置、診斷、狀態等非周期、非實時性的數據。采用以太網中的TCP協議，利用TCP的流量控制和點對點特性能夠對特定的節點進行信息獲取。

（四）EtherNet/IP的優點

EtherNet/P的顯著優越性在于融合了Ethernet和TCP/IP技術。另外，專門用于工業控制設計的應用層協議CIP也被吸納到商業以太網中來，提供訪問數據和用于控制設備操作的對象集。EtherNet/IP的優越性可歸納如下：

（1）設備間一致性。EtherNet/IP解決了網絡設備之間互操作難的問題，這歸功于網絡設備共同遵守一致的規范，可以相互傳送具有明確含義的信息；（2）易集成性。由于EtherNet/IP使用標準的TCP/IP以太網，便于通過Internet對企業進行管理；（3）廣泛的支持性。EtherNet/IP應用層采用CIP協議很明顯的好處是與ControlNet和DeviceNet使用相同的共享對象庫和設備規范，具備了最廣泛的支持性；（4）同步和安全技術。前沿同步技術在EtherNet/IP的應用使得同步精度不超過100ns，而尖端安全技術實現了不間斷地系統集成，并且能夠在同一網絡上同時運行安全設備和標準。

二、技術展望

（一）EIP技術在綜采自動化系統中應用前景分析

綜采工作面是煤礦生產最前沿的工作環節，也是最復雜的工作環節。其設備數量多，設備之間互相制約、相互協調，任何單一設備都無法脫離其它設備而單獨完成任務。此外，隨著國內外綜采工作面設備自動化技術水平的發展，以及實現綜采自動化、無人化的目標，也都是建立在各個綜采設備間大數據量的高速、準確、可靠的信息交互的基礎上的。當前綜采自動化系統的通信平臺存在設備間協議“各自為政”和通信協議安全性、準確性和鏈路帶寬低的問題，迫切需要制定一種適用于各設備之間能夠自由開放的、高速穩定的交互數據的統一的通信協議。

（二）基于EIP技術的綜采自動化系統通信平臺的發展

近年來，隨著“無人化”開采以及數字礦山的技術的發展，以及十二五期間國家對煤炭安全生產的高度重視，各大煤礦集團都越來越加大對煤炭自動化、無人化開采的投入，不可避免的對綜采工作面的自動化水平要求越來越高，而綜采自動化系統水平的提高是建立在綜采設備大量數據的基礎上的。因此，這就要求綜采自動化系統的通信平臺能夠具備以下幾點特性：

（1）大數據量、遠距離傳輸：能夠很好的支持綜采工作面自動化系統，乃至整個數字礦山的實現；（2）高度的開放性：能夠支持綜采自動化系統中任意設備的快速方便的接入；（3）協議的一致性：實現綜采工作面各設備乃至整個礦山設備的通信協議的一致性；（4）數據傳輸的高速、穩定和安全性：為了保證自動化系統安全可靠的運行，必須保證在通信平臺上傳輸數據的高速、穩定和安全。

三、結束語

本文提出的基于EtherNet/IP協議的新一代綜采自動化系統通信平臺方案，充分利用CIP和工業以太網技術提高煤礦通信系統的實時性、可靠性和開放性，為實現煤礦少人、無人開采和安全開采的目標打下了基礎，具有很大的實際應用價值。

參考文獻：

[1]楊慧.工業以太網EtherNet/IP協議分析研究[D].天津理工大學，2010.