冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢與應用

賀戰(zhàn)

[摘 ?要]工業(yè)以太網(wǎng)隨著科技的快速發(fā)展，在其工業(yè)操控領域發(fā)揮極其重要的作用，并且已經(jīng)成為自動化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡應用技術的結(jié)合現(xiàn)代化技術。本文針對于冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢與應用進行了進一步探究，對工業(yè)以太網(wǎng)的特征、工作原理、TCP/IP協(xié)議的使用以及冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢給出了指導與建議。

[關鍵詞]冶金自動化;工業(yè)以太網(wǎng);自動化系統(tǒng);TCP/IP

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0392-01

目前，我國工業(yè)轉(zhuǎn)型正處于重要時期，已經(jīng)進入到了工業(yè)4.0時代。新時代的冶金工業(yè)就需要有新的產(chǎn)業(yè)模式，將產(chǎn)業(yè)結(jié)構與技術進行全方位的升級。在這種改革的背景之下，冶金工業(yè)開始大規(guī)模使用以太網(wǎng)，并隨著科技的日漸發(fā)展與成熟，進行全方位的數(shù)字化與自動化的變革。冶金自動化系統(tǒng)經(jīng)過對搭載計算機軟件的運行，能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動化控制金屬冶煉自動化，利用接入TCP協(xié)議信息傳輸協(xié)議信息，對設備發(fā)送指令，同時在自動化中使用TCP/IP協(xié)議。

一、工業(yè)以太網(wǎng)的特征

（一）實時性與確定性

由于以太網(wǎng)技術的高速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)將以太網(wǎng)的不確定性帶來的問題得到了很好的解決。首先，以太網(wǎng)的通信速率大幅度增強，這就意味著在數(shù)據(jù)等同的吞吐量情況下，通信速率提升的同時，減小了網(wǎng)絡傳輸?shù)难訒r，也就是說網(wǎng)絡碰撞機率大幅度下降?！?】其次，將原有的總線型結(jié)構變革為星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，利用交換機將網(wǎng)絡分割成不同的網(wǎng)段，交換機的存儲、轉(zhuǎn)發(fā)功能使不同的端口之間數(shù)據(jù)幀在輸入和輸出的同時得到緩沖，不會發(fā)生碰撞。與此同時，交換機還會利用傳輸數(shù)據(jù)過濾，使傳輸數(shù)據(jù)僅限于本地的網(wǎng)段節(jié)點內(nèi)進行傳輸，不會在經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用帶寬，使網(wǎng)絡承載的負荷降低。最后，全雙工通信在雙絞線上進行同時接收和傳輸報文幀，并且不會發(fā)生任何沖突。所以，通過使用全雙工通信與交換式集線器，網(wǎng)絡上不會發(fā)生沖突和碰撞，將以太網(wǎng)的實時性和確定性有所提升。

（二）穩(wěn)定性與可靠性

以太網(wǎng)在控制方面一個比較主要的問題就是，所使用的集線器、交換機等都是商業(yè)設計，這種產(chǎn)品不能用在有可靠性要求高的工業(yè)環(huán)境中，在環(huán)境相對惡劣的工業(yè)環(huán)境中，需要特殊設計以太網(wǎng)。除此之外，在使用中，主干網(wǎng)可以使用光纖進行傳輸，利用雙絞線屏蔽進行現(xiàn)場設備的連接，比較重要的網(wǎng)段要使用網(wǎng)絡冗余技術，這樣可以有效的提升網(wǎng)絡的超高穩(wěn)定性和抗干擾性。

二、 以太網(wǎng)的工作原理

（一）以太網(wǎng)的工作原理

（1）以太網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中使用的方式不同于其它的網(wǎng)絡技術，工業(yè)需要高強度的傳輸速率，以確?？垢蓴_性強、沒有故障發(fā)生，同時還要維修方便。工業(yè)以太網(wǎng)的檢修模式只在在普通的互聯(lián)網(wǎng)檢修方式上利用工業(yè)生產(chǎn)的特征將其進行整改。

（2）工業(yè)以太網(wǎng)會在很短的時間內(nèi)將大量的數(shù)據(jù)進行傳輸，為了保障好數(shù)據(jù)的安全性與準確性，需將以太網(wǎng)接入自動化系統(tǒng)控制中，不但要使數(shù)據(jù)的傳輸速度提升，還要確保指令自動集的失真率控制在一定的范圍之中，通過網(wǎng)絡節(jié)點對系統(tǒng)實現(xiàn)工作分配，使設備自動控制。

（二）ISO/OSI模型

工業(yè)以太網(wǎng)利用ISO/OSI模型，在相關數(shù)據(jù)的物理層以及路層對技術進行規(guī)范，以太網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議，將倆種協(xié)議相結(jié)合，使總線應用層的協(xié)議得到了有機結(jié)合，形成了功能強大的工業(yè)以太網(wǎng)專屬的協(xié)議。

三、 TCP/IP協(xié)議的使用

（一）運行方式

（1） 在此協(xié)議中，核心協(xié)議是網(wǎng)絡層中的IP，同時還會將其它的協(xié)議進行提供，其中包括ARP、RARP協(xié)議等。網(wǎng)絡層的主要功能包括，將傳輸層的發(fā)送分組請求進行及時處理，也就是將數(shù)據(jù)包組裝傳輸至網(wǎng)絡接口，將數(shù)據(jù)包進行處理輸入、轉(zhuǎn)發(fā)、抽分組。【2】對差錯和報文控制進行處理，包括對流量、路由的控制等。傳輸層的最大作用是提供通信服務，有兩個協(xié)議，數(shù)據(jù)包協(xié)議和傳輸控制協(xié)議。數(shù)據(jù)包協(xié)議是提高服務效率的，應用在傳輸較少的報文中，不會提供比較可靠的措施，應用UDP的程序使自身完成操作。傳輸控制協(xié)議是提供給較高可靠的傳輸數(shù)據(jù)服務，應用于傳輸大量的報文，并對可靠性有保障。

（2） 冶金自動化系統(tǒng)中將TCP/IP接入，符合國際互聯(lián)網(wǎng)新規(guī)范。自動化系統(tǒng)是由三部分組成的，自動化設備端、自動化操作端、自動化信息反饋設備。三者是分層級的組合模式，信息在三者間進行自由傳輸。利用以太網(wǎng)的接入，極大的提升了生產(chǎn)的效率，減小了設備維護費用，使自動化系統(tǒng)具有自我檢測與診斷的能力，裝配的過程簡單化，最大程度的降低了由于數(shù)據(jù)線過多導致的安裝不便與檢修的問題。

（二）接入以太網(wǎng)的案例分析

冶金自動化系統(tǒng)已經(jīng)在各大企業(yè)開始廣泛應用，下面簡單介紹一個實際應用案例。在九十年代初，美國有一家高強度的鋼鐵制造公司叫榮克萊爾，通過使用自動化控制系統(tǒng)PMD-6/50的冶金自動化系統(tǒng)，緊跟生產(chǎn)發(fā)展的腳步，改變了曾經(jīng)自動化處理系統(tǒng)不能控制網(wǎng)絡傳輸?shù)哪芰?，將處理控制信號高效的完成了，還改變了DH+萬羅傳輸效率不能與生產(chǎn)速率相匹配的問題，極大的降低了實際生產(chǎn)中故障的發(fā)生。為了更好的實現(xiàn)生產(chǎn)的效率，減少信號在網(wǎng)絡傳輸?shù)倪^程中對自動化系統(tǒng)產(chǎn)生影響，全面實行了工業(yè)以太網(wǎng)的接入，從此自動化控制系統(tǒng)變得高效、安全且穩(wěn)定。羅克韋爾公司設計制造的冶金自動化系統(tǒng)使榮克萊爾公司在最短的時間內(nèi)升級了生產(chǎn)設備，處理了大量的信息。

四、 冶金自動化系統(tǒng)將工業(yè)以太網(wǎng)接入的技術優(yōu)勢

（一）工業(yè)以太網(wǎng)的技術定義

工業(yè)以太網(wǎng)，通常來說是技術以太網(wǎng)和商用以太網(wǎng)合并兼容，但在實際產(chǎn)品設計中，材料的選擇上、產(chǎn)品的實用性、可操作性等都要立足于工業(yè)現(xiàn)場的實際需要。

（二）工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢

在工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛使用中，應用在實際的生產(chǎn)情況說明了使用以太網(wǎng)控制的自動化系統(tǒng)運行非常安全、穩(wěn)定，并且能夠以相當高的傳送速度發(fā)送指令，幾乎不會出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生操作失誤的現(xiàn)象。通過利用接入工業(yè)以太網(wǎng)的技術，將生產(chǎn)所需的流程控制的更加順利流暢，提升了生產(chǎn)效率，改變了以往生產(chǎn)的信號控制傳輸模式發(fā)生的各種故障。

結(jié)束語：

目前。我國的工業(yè)已經(jīng)廣泛開始使用自動化系統(tǒng)，其中包括管理資源層，制造執(zhí)行層并且在工業(yè)控制現(xiàn)場也開始直接進行應用。以太網(wǎng)將在我國的自動化系統(tǒng)與企業(yè)現(xiàn)場設備之間的信息集成與互聯(lián)網(wǎng)中起到至關重要的作用。通過以太網(wǎng)展示出來的優(yōu)勢與特征，將以太網(wǎng)使用在控制設備層，因此被評價為進行網(wǎng)絡操控的絕佳解決措施，工業(yè)以太網(wǎng)也成為了主流應用技術。

參考文獻：

[1] 王曉鳳.冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢與應用[J]. 山東工業(yè)技術，2016，06：24.

[2] 楊海峰.冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術優(yōu)勢與應用[J]. 科技創(chuàng)新導報，2013，11：51.