工業(yè)以太網(wǎng)控制系統論文
一、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)
以太網(wǎng)技術(shù)具有價(jià)格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò )之一。近些年來(lái),隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域,形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。這主要是由于工業(yè)自動(dòng)化系統向分布化、智能化控制方面發(fā)展,開(kāi)放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢非常明顯：
�。ㄒ唬〦thernet是全開(kāi)放、全數字化的網(wǎng)絡(luò )，遵照網(wǎng)絡(luò )協(xié)議不同廠(chǎng)商的設備可以很容易實(shí)現互聯(lián)。
�。ǘ┮蕴W(wǎng)能實(shí)現工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )。
�。ㄈ┸浻布杀镜土�，由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠(chǎng)商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和硬件設備供用戶(hù)選擇。
�。ㄋ模┩ㄐ潘俾矢�，隨著(zhù)企業(yè)信息系統規模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來(lái)越大，有時(shí)甚至需要音頻、視頻數據的傳輸，目前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開(kāi)始廣泛應用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G以太網(wǎng)也正在研究，其速率比目前的現場(chǎng)總線(xiàn)快很多。
�。ㄎ澹┛沙掷m發(fā)展潛力大，在這信息瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴(lài)于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò )，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續向前發(fā)展。
二、工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域應用現狀
工業(yè)以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)相比，它能提供一個(gè)開(kāi)放的標準，是企業(yè)從現場(chǎng)控制到管理層實(shí)現全面的無(wú)縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導致的“自動(dòng)化孤島”問(wèn)題，但從目前的發(fā)展看，工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應用主要體現在以下幾種形式。
（一）混合Ethernet/Fieldbus的網(wǎng)絡(luò )結構
這種結構實(shí)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。以太網(wǎng)正在逐步向現場(chǎng)設備級深入發(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，在體系結構、協(xié)議規則、物理介質(zhì)、數據、軟件、實(shí)驗環(huán)境等諸多方面并不成熟，而現場(chǎng)總線(xiàn)能完全滿(mǎn)足現代企業(yè)對底層控制網(wǎng)絡(luò )的基本要求，實(shí)現真正的全分布式系統。因此，在企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設備級采用現場(chǎng)總線(xiàn)，通過(guò)通信控制器實(shí)現兩者的信息交換。
（二）專(zhuān)用工業(yè)以太控制網(wǎng)絡(luò )
如何利用工業(yè)以太網(wǎng)單獨作為控制網(wǎng)絡(luò )是工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展方向之一，也是工業(yè)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。如德國JetterAG公司的新一代控制系統JetWeb，是融現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、100Mb/s以太網(wǎng)技術(shù)、CNC技術(shù)、PLC技術(shù)、可視化人機接口技術(shù)和全球化生產(chǎn)管理技術(shù)為一體的工業(yè)自動(dòng)化控制系統，同時(shí)具有廣泛的兼容性，可兼容第三方自動(dòng)化控制產(chǎn)品，提出“網(wǎng)絡(luò )就是控制器”的觀(guān)點(diǎn)，是取代所有底層現場(chǎng)總線(xiàn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )結構。這種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )是將以太網(wǎng)貫穿于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )各層次，使它成為透明的覆蓋整個(gè)企業(yè)范圍的應用實(shí)體。它實(shí)現了辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)縫結合，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單層的扁平結構，其良好的可擴展性和互連性，使之成為真正意義上的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )體系結構的大統一。
（三）基于Web的網(wǎng)絡(luò )監控平臺
嵌入式以太網(wǎng)是最近網(wǎng)絡(luò )應用熱點(diǎn)，就是通過(guò)Internet使所有連接網(wǎng)絡(luò )的設備彼此互通，從計算機、PDA、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業(yè)內部，可以利用企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行工廠(chǎng)實(shí)時(shí)運行數據的發(fā)布和顯示，管理者通過(guò)Web瀏覽器對現場(chǎng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠程監控、遠程設備調試和遠程設備故障診斷和處理。實(shí)現的最簡(jiǎn)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-485接口的現場(chǎng)設備。以太網(wǎng)控制器在這里扮演了通用計算機網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)各類(lèi)設備之間的一個(gè)橋梁。
三、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢
以太網(wǎng)和通信技術(shù)的突飛猛進(jìn)，促使工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統中的資源管理層、執行制造層得到了廣泛應用，并呈現向下延伸直接應用于工業(yè)控制現場(chǎng)的趨勢。從目前國際、國內工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，目前工業(yè)以太網(wǎng)在制造執行層已得到廣泛應用，并成為事實(shí)上的標準。未來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統中的現場(chǎng)設備之間的互連和信息集成中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用�？偟膩�(lái)說(shuō)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現在以下幾個(gè)方面：
（一）工業(yè)以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)相結合
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內外工控專(zhuān)家的關(guān)注。而現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在市場(chǎng)上也開(kāi)始了全面推廣，并且形成了一定的市場(chǎng)。就目前而言，全面代替現場(chǎng)總線(xiàn)還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統體系結構，開(kāi)發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。
�。ǘ┕I(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間的通信已成大勢所趨
隨著(zhù)以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎，從而消除了以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間通信提供了技術(shù)可能。為此，國際電工委員會(huì )IEC正著(zhù)手起草實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(Real-timeEthernet,RTE)標準，旨在推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的全面應用。
論文關(guān)鍵詞:工業(yè)以太網(wǎng)；特點(diǎn)；趨勢；全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )
論文摘要:工業(yè)以太網(wǎng)控制系統是集散控制系統(DCS)和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)之后產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制系統。本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)，并詳細論述了工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應用現狀以及以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢，并提出了以太網(wǎng)能實(shí)現工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )的觀(guān)點(diǎn)。
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