基于EIP协议的综采工作面自动化系统通信平台的研究与前景分析

摘 要：综采是我国煤矿最主要的采煤工艺，近几年国内有很多科研院所和自动化公司开展了有关综采工作面的少人化和无人化（自动化综采工作面）的研究，以解决煤矿安全生产的核心课题，解决这一难题的关键是从综采系统的整体角度来思考自动化采煤问题。并且综采工作面是煤矿生产最前沿的工作环节，也是最复杂的工作环节。其设备数量多，设备之间互相制约、相互协调，任何单一设备都无法脱离其它设备而单独完成任务。这都要求综采工作面自动化系统要具备高可靠性、实时性和对综采各设备接入的高度开放性、扩展性。另外随着综采自动化控制系统的发展和智能矿山、数字矿山技术的实现，也都对作为自动化系统各设备互联的“信息高速网络”（通信平台）在实时性、可靠性、数据带宽和通信距离等技术性能有非常高的要求。因此研究一种适用于综采工作面自动化系统的，具有高实时性、高可靠性、高数据带宽和远距离通信能力的通信平台对我国煤炭的安全、高效和绿色生产具有很大意义。

关键词：EIP协议；自动化；通信平台

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、基于EIP协议的综采自动化系统通信平台的研究

（一）EIP协议概述

EtherNet/IP（Ethernet Industrial Protocol）技术是包含EtherNet/IP，DeviceNet，ControlNet等多种协议的CIP（通用工业协议）技术与以太网技术的巧妙结合，它基于标准的TCP/IP协议，只是在TCP或UDP报文的数据部分嵌入了CIP封装协议，封装协议的主要任务是定义和规范了如何封装和传输上层协议报文，以及如何管理和利用下层TCP/IP连接，起到承上启下的作用目前，EtherNet/IP己经成为国际标准，在世界上已经得到数以百计的厂商支持，国际上ODVA、CI、IAONA和IEA，也一直在进行EtherNet/IP的技术开发和管理工作。相应开发工具可以从和中获得。

（二）EtherNet/IP协议通信原理

CIP控制和信息协议是EtherNet/IP的特色，该协议既提供实时的I/O通信功能，又实现数据信息的对等传输功能，其控制模块利用隐形报文来实现实时的I/O通信功能，信息模块则利用显性报文实现非实时状态的信息交换功能。CIP协议的一个非常重要的特点是介质的无关性，即实施CIP应用层协议时与底层介质无关，这使得人们能够在控制系统和I/O设备上随意实施这一开放协议。与源/目的通信模式有很大不同，EtherNet/IP协议采用的是生产/消费的模式，即允许网络上的节点存取数据时可以同时存取来自同一个源的数据。在新的生产/消费的模式中，数据会被附加上一个属于自身的唯一标识，数据源将把数据一次性发送到网络，节点可以选择性地对这些数据进行读取，这样大大提高了数据的传输效率。

（三）EtherNet/IP协议的特点

1.Ethernet/IP协议两类报文

（1）隐式报文：主要用来传输系统中的实时I/O数据、功能性安全数据和系统动作控制数据等周期实时性数据。采用以太网中的UDP协议，将UDP报文映射到IP多播传送，实现高效I/O交换，有力的支持了生产者/消费者通信模式；（2）显式报文：主要用来传输系统中的配置、诊断、状态等非周期、非实时性的数据。采用以太网中的TCP协议，利用TCP的流量控制和点对点特性能够对特定的节点进行信息获取。

（四）EtherNet/IP的优点

EtherNet/P的显著优越性在于融合了Ethernet和TCP/IP技术。另外，专门用于工业控制设计的应用层协议CIP也被吸纳到商业以太网中来，提供访问数据和用于控制设备操作的对象集。EtherNet/IP的优越性可归纳如下：

（1）设备间一致性。EtherNet/IP解决了网络设备之间互操作难的问题，这归功于网络设备共同遵守一致的规范，可以相互传送具有明确含义的信息；（2）易集成性。由于EtherNet/IP使用标准的TCP/IP以太网，便于通过Internet对企业进行管理；（3）广泛的支持性。EtherNet/IP应用层采用CIP协议很明显的好处是与ControlNet和DeviceNet使用相同的共享对象库和设备规范，具备了最广泛的支持性；（4）同步和安全技术。前沿同步技术在EtherNet/IP的应用使得同步精度不超过100ns，而尖端安全技术实现了不间断地系统集成，并且能够在同一网络上同时运行安全设备和标准。

二、技术展望

（一）EIP技术在综采自动化系统中应用前景分析

综采工作面是煤矿生产最前沿的工作环节，也是最复杂的工作环节。其设备数量多，设备之间互相制约、相互协调，任何单一设备都无法脱离其它设备而单独完成任务。此外，随着国内外综采工作面设备自动化技术水平的发展，以及实现综采自动化、无人化的目标，也都是建立在各个综采设备间大数据量的高速、准确、可靠的信息交互的基础上的。当前综采自动化系统的通信平台存在设备间协议“各自为政”和通信协议安全性、准确性和链路带宽低的问题，迫切需要制定一种适用于各设备之间能够自由开放的、高速稳定的交互数据的统一的通信协议。

（二）基于EIP技术的综采自动化系统通信平台的发展

近年来，随着“无人化”开采以及数字矿山的技术的发展，以及十二五期间国家对煤炭安全生产的高度重视，各大煤矿集团都越来越加大对煤炭自动化、无人化开采的投入，不可避免的对综采工作面的自动化水平要求越来越高，而综采自动化系统水平的提高是建立在综采设备大量数据的基础上的。因此，这就要求综采自动化系统的通信平台能够具备以下几点特性：

（1）大数据量、远距离传输：能够很好的支持综采工作面自动化系统，乃至整个数字矿山的实现；（2）高度的开放性：能够支持综采自动化系统中任意设备的快速方便的接入；（3）协议的一致性：实现综采工作面各设备乃至整个矿山设备的通信协议的一致性；（4）数据传输的高速、稳定和安全性：为了保证自动化系统安全可靠的运行，必须保证在通信平台上传输数据的高速、稳定和安全。

三、结束语

本文提出的基于EtherNet/IP协议的新一代综采自动化系统通信平台方案，充分利用CIP和工业以太网技术提高煤矿通信系统的实时性、可靠性和开放性，为实现煤矿少人、无人开采和安全开采的目标打下了基础，具有很大的实际应用价值。

参考文献：

[1]杨慧.工业以太网EtherNet/IP协议分析研究[D].天津理工大学，2010.