冶金自動化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用

摘 要：在迅速發(fā)展的以太網(wǎng)技術(shù)背景下，工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)揮著越來越重要的作用，并且扮演了越來越重要的角色。在自動化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化控制技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)代自動化設(shè)備中，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成長為標(biāo)示性的技術(shù)。該文以此展開分析探討，從多個角度展開深入研究，對于以太網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)和冶金工業(yè)控制領(lǐng)域里的應(yīng)用進(jìn)行了有效的分析，

關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng) 冶金自動化 現(xiàn)場總線

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098x（2013）4（b）-0051-01

在需求日益多元化的今天，工業(yè)以太網(wǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。絕大多數(shù)的情況下，要對于系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的實(shí)時控制系統(tǒng)進(jìn)行專門的控制，就需要對于現(xiàn)場總線系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。其中，它們使用的應(yīng)用程序都需要靠自己來完成可靠性操作，基本上不需更多的可靠性保證措施，只需TCP協(xié)議即可，數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的可靠和穩(wěn)定保證都靠其實(shí)現(xiàn)，一般以用于傳送大量報(bào)文為主，還要為可靠的保證做大量復(fù)雜而繁瑣的工作。到達(dá)主機(jī)以發(fā)送的順序?yàn)橐罁?jù)，在得到接收者確認(rèn)之后保證投遞成功，這也是報(bào)文的主要的工作方式、流程和程序所在。采用超時重發(fā)、三次握手、滑動窗口等保證報(bào)文的傳輸可靠，從而依據(jù)它們到達(dá)的順序，來完成到達(dá)主機(jī)的傳輸過程。

普遍情況下，可以利用應(yīng)用層為以太網(wǎng)協(xié)議操作的可靠性提供支持，如Talk和TCP/IP等。這些協(xié)議中，TCP/IP是最受到重視和支持的，也是Internet協(xié)議的一種。

1 工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用中的TCP/IP以太網(wǎng)

1.1 以太網(wǎng)基于TCP/IP技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)是新標(biāo)準(zhǔn)下的自動化網(wǎng)絡(luò)體系，包括設(shè)備層、控制層和信息層共同形成。一般情況下采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這個體系中，數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)雙方向的流動，而且在層和層間數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)交換，在具體的實(shí)現(xiàn)中，可能會有每層之間層疊等現(xiàn)象出現(xiàn)。通過這類有效手段，能夠?qū)Ω咝阅艿南嚓P(guān)要求加以滿足，使整體所需的費(fèi)用有效降低，可以將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的診斷及檢測能力有效提高，使安裝或接線等復(fù)雜要求有效減少。

1.2 對于工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用的實(shí)際案例分析

1.2.1 案例介紹

美國的羅克韋爾自動化公司設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，即在酒鋼燒結(jié)廠的控制系統(tǒng)中，運(yùn)用的主機(jī)是可以進(jìn)行編程的控制器PLC-5/40系統(tǒng)，在20世紀(jì)的90年代即在實(shí)際生產(chǎn)中投入到使用過程中。隨著生產(chǎn)過程中對于相關(guān)工藝要求的提高，對于網(wǎng)絡(luò)的處理信息速度也提出了更高的要求，信號的數(shù)量也急劇增加?，F(xiàn)有的DH+網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)過程中對于信號傳輸?shù)南嚓P(guān)要求，導(dǎo)致控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中多次出現(xiàn)誤動，而且故障發(fā)生頻率極高，極大的影響了生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，給生產(chǎn)工作帶來了嚴(yán)重的延誤，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果要提高信息傳輸?shù)乃俾剩托枰I(yè)以太網(wǎng)取代現(xiàn)有的DH+網(wǎng)進(jìn)行采用。

1.2.2 硬件系統(tǒng)配置解析

采用1785-L40E/F型號的處理器，對于遠(yuǎn)程適配器（擴(kuò)展單元）來說，1771-ASB就能進(jìn)行很好的適應(yīng)；另外，還需要采用1771-P7電源模板和1771-IMD數(shù)字輸入模塊。

2 工業(yè)以太網(wǎng)解析

2.1 工業(yè)以太網(wǎng)

在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用的以太網(wǎng)，相較于商用的以太網(wǎng)而言在技術(shù)上具有兼容性，只是在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時，以工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場需要為導(dǎo)向，對于產(chǎn)品強(qiáng)度、實(shí)時性、可靠性、材料選取、產(chǎn)品適用性、對干擾的抗性和可操作性方面要求更嚴(yán)，甚至在本質(zhì)安全方面也更能符合相關(guān)的要求。

2.2 對于工業(yè)以太網(wǎng)的特性進(jìn)行分析

2.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時性及確定性

以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展使其非確定性和應(yīng)用的解決已經(jīng)得以徹底實(shí)現(xiàn)。目前，通過工業(yè)以太網(wǎng)展開的通信，其速率已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)10G與1000M，在相同的數(shù)據(jù)處理數(shù)量條件下，提高通信的速度，可以在很大程度上減輕網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，降低傳輸過程中的延時，極大的減小網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中發(fā)生的信息碰撞概率。將總線型的結(jié)構(gòu)用星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以取代，可以利用交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)切割為一定數(shù)量的網(wǎng)段。工業(yè)以太網(wǎng)中的交換機(jī)因?yàn)楸旧淼拇鎯?shù)據(jù)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能力，可以在不同端口之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入與輸出，并保證數(shù)據(jù)幀能具有必須的緩沖，避免碰撞事故的發(fā)生。交換機(jī)在傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾，保證網(wǎng)段間的節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域的限制，使其不需經(jīng)由主干網(wǎng)絡(luò)，不需對其他網(wǎng)段寬帶加以占用，從而大幅度降低主干網(wǎng)絡(luò)及各網(wǎng)段的負(fù)荷。

2.2.2 工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性和運(yùn)行的穩(wěn)定性

在工業(yè)生產(chǎn)中使用的以太網(wǎng)，對于各生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制過程所涉及到的各種構(gòu)件，包括交換機(jī)、接插件、電纜和集線器等都是在商業(yè)以太網(wǎng)中加以設(shè)計(jì)的，這是工業(yè)以太網(wǎng)需要面對的另外一個重要問題所在。在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣時，如果對于穩(wěn)定性和可靠性的要求較高，那么商用的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品則堅(jiān)決不能采用，需要在詳細(xì)掌握工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境和條件的基礎(chǔ)上，對工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的、針對性的專門設(shè)計(jì)。

2.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

要很好的對工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸過程加以完善，對于工業(yè)生產(chǎn)的過程準(zhǔn)確而高效的自動控制進(jìn)行更好的實(shí)現(xiàn)，將是工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要特征所在。除了要對數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程進(jìn)行完善外，還要根據(jù)傳送的指令或者數(shù)據(jù)，使之能夠自動執(zhí)行相應(yīng)的操作或控制，通過諸多節(jié)點(diǎn)加以協(xié)調(diào)，準(zhǔn)確的完成自動控制工作。在ISO/OSI的通信模型中，只是在其數(shù)據(jù)鏈的路層及物理層中對相關(guān)技術(shù)規(guī)范加以反映，而在工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸層及網(wǎng)絡(luò)層使用協(xié)議中，主要的還是TCP/IP協(xié)議。這一協(xié)議的使用，可以和原始的低速現(xiàn)場的總線應(yīng)用層協(xié)議有機(jī)結(jié)合，組成了具有強(qiáng)大功能的工業(yè)以太網(wǎng)專用協(xié)議。

2.4 應(yīng)用效果分析

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行一段時間后，改造后的工業(yè)以太網(wǎng)運(yùn)行狀況非常良好，因?yàn)楦哌_(dá)10M的傳輸速率，對比DH+的傳輸速率，具有極為明顯的使用優(yōu)勢，通過這一平臺，監(jiān)控畫面可以更為順暢快捷的運(yùn)行。過去的較慢的網(wǎng)絡(luò)速度導(dǎo)致的誤動或故障將可以得到有效的屏蔽，同時可以促使信息化的管理水平在很大程度上得以調(diào)高，為后續(xù)的工業(yè)數(shù)據(jù)交換工作的開展提供了有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]陳在平，岳有軍.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]張浩，譚克勤，朱守云.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)手冊（第二冊）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2004.

[3]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].4版.北京：電子工業(yè)出版社，2003.