工業(yè)以太網(wǎng)在八鋼小型廠自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用

孫國(guó)慶　馬　衛(wèi)

摘要:主要介紹了以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn),論述了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),介紹了工業(yè)以太網(wǎng)在八鋼小型廠自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:以太網(wǎng) 現(xiàn)場(chǎng)總線 自動(dòng)化

1. 以太網(wǎng)

1985年以太網(wǎng)協(xié)議首次成為正式的IEEE802.3號(hào)碼之下發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。802.3標(biāo)準(zhǔn)包括物理層、MAC(介質(zhì)訪問(wèn)層)子層協(xié)議。信息以基帶方式傳輸。它描述了運(yùn)行在各種介質(zhì)上的從1Mbps到10Mbps的持續(xù)CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))系統(tǒng)的整個(gè)協(xié)議。

2. 以太網(wǎng)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

正在發(fā)展完善中的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FieldBus)是為了適應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展在20世紀(jì)80年代的現(xiàn)代技術(shù),它是低帶寬的底層控制網(wǎng)絡(luò),這種技術(shù)導(dǎo)致了傳統(tǒng)電氣監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成化、分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是開放統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò),自動(dòng)化領(lǐng)域的多家設(shè)備供應(yīng)商制定了適于不同場(chǎng)合的各種總線協(xié)議,如LonWorks、Profibus、CAN、HART等總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,總數(shù)達(dá)40多個(gè)。

將以太網(wǎng)用于工業(yè)領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):

1.以太網(wǎng)是目前技術(shù)最成熟應(yīng)用最廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)。具有價(jià)格低、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度、易于組網(wǎng)應(yīng)用等特點(diǎn),而且其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最為豐富,擁有大量安裝維護(hù)人員。

2.易于Internet連接。過(guò)去十幾年中Internet的興起和Unix、Windows等操作系統(tǒng)逐漸處于主導(dǎo)地位,像TCT/IP協(xié)議以及其它一些定義明確的傳輸協(xié)議得到廣泛的應(yīng)用,將以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)該是最為方便最有效的解決方案。

3.以太網(wǎng)可以克服現(xiàn)場(chǎng)總線不能與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同步改變發(fā)展的弊端。以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線,特別是高速現(xiàn)場(chǎng)總線的框架主體,可以避免現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展之外,使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好地融合而形成相互促進(jìn)的局面。當(dāng)然,以太網(wǎng)技術(shù)也有一些缺陷,比如它適于辦公環(huán)境的應(yīng)用,但這些技術(shù)問(wèn)題并非難以解決?；谝陨蟽?yōu)勢(shì),以太網(wǎng)技術(shù)在上世紀(jì)90年代中期開始逐漸應(yīng)用在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域。

3. 以太網(wǎng)在八鋼小型廠工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備配置

八鋼小型廠是上世紀(jì)90年代中期建立的。其中以太網(wǎng)系統(tǒng)共有5臺(tái)MMI構(gòu)成,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形結(jié)構(gòu)。由于11#、12#MMI距離集線器(HUB)很遠(yuǎn),已超出雙絞線電纜的一般的使用范圍(100m),因此選用光纖,一方面滿足了長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)囊?另一方面比采用粗同軸電纜抗干擾性強(qiáng)。

基于10BASE-T的星形網(wǎng)絡(luò)有以下特點(diǎn):

1. 網(wǎng)絡(luò)適用性強(qiáng)。由于HUB上的每個(gè)接口都是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與另一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連,任何連接上出的問(wèn)題只會(huì)影響某一個(gè)設(shè)備或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分段,不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

2. 容易檢測(cè)錯(cuò)誤。當(dāng)出現(xiàn)鏈接問(wèn)題時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理員只需去中央集線器檢查集線器收發(fā)器狀況指示燈即可。

3. 雙絞線電纜作傳輸介質(zhì),成本低,有效的降低了網(wǎng)絡(luò)成本,便于擴(kuò)充和改變網(wǎng)絡(luò)連接,從而節(jié)省了管理網(wǎng)絡(luò)所消耗的時(shí)間。

4. 10BASE-T信號(hào)特點(diǎn):10BASE-T介質(zhì)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)采用曼切斯特編碼系統(tǒng)進(jìn)行編碼,信號(hào)在雙絞線電纜上作為平衡的差分電流進(jìn)行傳送,即在發(fā)送或接受各對(duì)電線中有一根電線傳送差分信號(hào)的正振幅(0~2.5V),另一根電線傳遞信號(hào)的負(fù)振幅(0~2.5V),則在電線對(duì)的兩根電線之間測(cè)量的峰——峰電壓值5V。

5. 設(shè)備配置:(1)網(wǎng)絡(luò)接口卡:采用3c579TP,符合EISA總線標(biāo)準(zhǔn)。雖然這種卡信息吞吐量大,對(duì)CPU的負(fù)擔(dān)輕,但由于國(guó)內(nèi)工控機(jī)普遍采用ISA/PCI總線標(biāo)準(zhǔn),因此隨著工控機(jī)的逐步改造,今后將采用符合PCI總線標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)卡。

(2)網(wǎng)絡(luò)集線器(HUB):采用3c16670,12端口為系統(tǒng)的擴(kuò)展留有富于的接口。

(3)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器:才用LANCAST4318。

3.2 以太網(wǎng)通訊的任務(wù)及通訊參數(shù)設(shè)定

八鋼小型廠以太網(wǎng)通訊的重要任務(wù)是:

(1)負(fù)責(zé)傳送金軋制生產(chǎn)線上批號(hào)跟蹤管理信息;

(2)負(fù)責(zé)傳送精整區(qū)、軋制區(qū)整體設(shè)備運(yùn)行狀況;

(3)構(gòu)成小型連軋廠過(guò)程自動(dòng)化的數(shù)據(jù)通道和生產(chǎn)信息管理網(wǎng)。

批號(hào)跟蹤管理信息如下圖所示

由于所有以太網(wǎng)站均由MMI組成,而在MMIPC機(jī)上運(yùn)行的是Factory LinkIV工業(yè)控制組態(tài)軟件,所以用戶程序中關(guān)于以太網(wǎng)通訊參數(shù)可在Factory LinkIV系統(tǒng)提供的LAN傳送和接手信息配置表中進(jìn)行。

Factory LinkIV提供了三種LAN參數(shù)配置表,在其他配置菜單下可進(jìn)入:

1. LAN Send Control傳送控制表。在這個(gè)表中可設(shè)定需要傳送到別的以太網(wǎng)站的信息表、目的站的地址、發(fā)生傳送過(guò)程的觸發(fā)條件等。

2. LAN Receive Control接收控制表。在這個(gè)表中可設(shè)定需要的變量組,用于接收從其他站點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信息。

3. LAN Groups。在此表中設(shè)定發(fā)送和接收信息的目的網(wǎng)站的地址和本網(wǎng)站地址,這些網(wǎng)絡(luò)地址應(yīng)選用安裝配置TCP/IP協(xié)議組是設(shè)置的IP地址。

4. 結(jié)語(yǔ)

自八鋼小型廠生產(chǎn)以來(lái),以太網(wǎng)在其自動(dòng)化控制中運(yùn)行穩(wěn)定,可靠。從此我們可以看出以太網(wǎng)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)總線已成為自動(dòng)化領(lǐng)域中的技術(shù)趨勢(shì),以太網(wǎng)技術(shù)將會(huì)十分迅速地進(jìn)入到工業(yè)控制系統(tǒng)的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)中。

參考文獻(xiàn):

[1]李子文,小型連軋機(jī)的工藝與電氣控制. 北京:冶金出版社.

[2]孫軍凱,從Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)到工廠信息化技術(shù). 自動(dòng)化博覽.