工業(yè)以太網(wǎng)在企業(yè)自動化控制中應(yīng)用

商艷國

（唐山三友集團興達化纖有限公司，河北 唐山 063305）

前言

我們知道，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠新設(shè)備、新工藝以及計算機的應(yīng)用就開始了對傳統(tǒng)工業(yè)進行了改造，使工業(yè)得到突飛猛進地發(fā)展。而到了20世紀末，世界上最大的變化就是全球市場的蔚然形成，出現(xiàn)了全球市場的同質(zhì)化競爭，促使著眾多企業(yè)從根本上調(diào)整自己的發(fā)展思路和經(jīng)驗管理模式，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息化在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

然而隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。但我們可以肯定的是，結(jié)合DCS、FCS的日益發(fā)展，不斷延伸出的工業(yè)以太網(wǎng)將日益發(fā)揮出強大的生命力。文章結(jié)合筆者多年來的工作經(jīng)驗，結(jié)合當前的形式，著重闡述了工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用、發(fā)展和一些思考。

1.工業(yè)以太網(wǎng)綜述

工業(yè)以太網(wǎng)它是基于IEEE 802.3(Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑，它廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動化。這種信息網(wǎng)絡(luò)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場得到了越來越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。我們通過接入WAN(廣域網(wǎng))可實現(xiàn)公司與公司之間的通訊?；谶@些，筆者總結(jié)了工業(yè)以太網(wǎng)的一些特點，具體如下：

1.1 應(yīng)用廣泛。工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎所有的編程語言如Visual C＋＋、Java、VisualBasic等都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)。

1.2 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。工業(yè)以太網(wǎng)的引人將為控制系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供可能性，用戶在技術(shù)升級方面無需獨自的研究投人，對于這一點，任何現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)都是無法比擬的。1.3資源共享能力強。隨著Internet/Intranet的發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到各個角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯(lián)人互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺計算機上就能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)"控管一體化"，這是其他任何一種現(xiàn)場總線都無法比擬的。

1.4 通信速率?，F(xiàn)在10、100 Mb/s的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線最高速率只有12Mb/s（如西門子Profibus-DP）。顯然，以太網(wǎng)的速率要比傳統(tǒng)現(xiàn)場總線要快的多，完全可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長的帶寬要求。

2.工業(yè)以太網(wǎng)在企業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用

事實上，工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相比，它能提供一個開放的標準，是工業(yè)企業(yè)從現(xiàn)場控制到管理層實現(xiàn)全面的無縫的信息集成，它有效解決了由于協(xié)議上的不同導致的"自動化孤島"問題，但從目前的發(fā)展看，筆者認為，工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：

2.1 基于Web的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺的應(yīng)用

嵌人式以太網(wǎng)是最近網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用熱點，是通過Internet使所有連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備彼此互通，從計算機、PDA、通信設(shè)備到儀器儀表、家用電器等。在企業(yè)內(nèi)部，可以利用企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，進行工廠實時運行數(shù)據(jù)的發(fā)布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現(xiàn)場工況進行實時遠程監(jiān)控、遠程設(shè)備調(diào)試和遠程設(shè)備故障診斷和處理。實現(xiàn)的最簡單辦法就是采用獨立的以太網(wǎng)控制器，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-4.85接口的現(xiàn)場設(shè)備。以太網(wǎng)控制器在這里扮演了通用計算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場各類設(shè)備之間的一個橋梁。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)混合EtherNet/Fieldbus網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用

筆者認為，這種結(jié)構(gòu)實際上就是信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的一種典型的集成形式。隨著科技的發(fā)展，需求的增大，以太網(wǎng)正在逐步向現(xiàn)場設(shè)備級深入發(fā)展，并盡可能的和其他網(wǎng)絡(luò)形式走向融合，但以太網(wǎng)和TCP/IP原本不是面向控制領(lǐng)域的，在體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議規(guī)則等諸多方面并不成熟，而現(xiàn)場總線能完全滿足現(xiàn)代企業(yè)對底層控制網(wǎng)絡(luò)的基本要求，實現(xiàn)真正的全分布式系統(tǒng)。因此，在目前的企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設(shè)備級采用現(xiàn)場總線，通過通信控制器實現(xiàn)兩者的信息交換。

2.3 工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信應(yīng)用

時下，隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的逐步發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ)，從而消除了以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信提供了技術(shù)可能。在這種情況下，筆者呼吁需要有關(guān)部門重點研究以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，主要在于工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，工業(yè)以太網(wǎng)在市場占有率可高達80%，以太網(wǎng)毫無疑問是當今LAN(局域網(wǎng))領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)優(yōu)越的性能，筆者認為，它可以為企業(yè)應(yīng)用帶來巨大的利益；可以通過簡單的連接方式快速裝配；通過不斷的開發(fā)提供持續(xù)的兼容性，保證投資的安全。

3.工業(yè)以太網(wǎng)在企業(yè)控制領(lǐng)域中發(fā)展前景

目前，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設(shè)備層，在很多的PLC和遠程I/O供應(yīng)商都能提供支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口的產(chǎn)品。以太網(wǎng)之所以給自動化市場帶來發(fā)展?jié)摿ΓP者認為主要有以下幾個原因：（1）低成本的刺激和速度的提高；（2）現(xiàn)代企業(yè)對實時生產(chǎn)信息有越來越多的要求；（3）以太網(wǎng)的開放性和兼容性。

同時，工業(yè)以太網(wǎng)和Internet技術(shù)的發(fā)展將完全改變傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)從信息層向下延伸到控制層和設(shè)備層采用以太網(wǎng)架構(gòu)以后，控制器的位置也可以突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，可以位于現(xiàn)場，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至遠程I/O支持以太網(wǎng)的功能越來越強，在有些控制器和遠程I/O模塊中已經(jīng)集成了Web服務(wù)器，從而允許信息層的用戶也可以和控制層的用戶一樣直接獲取控制器和遠程I/O模塊中的當前狀態(tài)值。采用以太網(wǎng)架構(gòu)和開放的軟件系統(tǒng)的制造企業(yè)也被稱為"透明工廠"。

此外，通過Internet可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時遠程監(jiān)控，將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)以及實時的用戶需求結(jié)合起來，使生產(chǎn)不只是面向定單的生產(chǎn)，而是直接面向機會和市場的"電子制造"，從而使企業(yè)能夠適應(yīng)經(jīng)濟全球化的要求。

4.總結(jié)

在我國，工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。但是由于大力發(fā)展工業(yè)自動化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)等的有效途徑和手段，國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項，用信息化帶動工業(yè)化，推動工業(yè)自動化技術(shù)的進一步發(fā)展，加強技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟發(fā)展面臨的深層問題，進一步提高國民經(jīng)濟整體素質(zhì)和綜合國力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

從上述闡述中，我們可以得出這樣的結(jié)論：工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢應(yīng)該是分布式、開放化和信息化。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個智能的模塊能夠獨立的工作的網(wǎng)絡(luò)，達到系統(tǒng)危險分散的概念；開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接?；谝蕴W(wǎng)技術(shù)的自動化具有低成本和開放性，可以實現(xiàn)遠程控制，易于與管理結(jié)合，實現(xiàn)管控一體化。

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