淺論互聯(lián)網(wǎng)時代的計算機(jī)控制技術(shù)

【摘 要】互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，通過改變信息傳播方式而改變了世界，同時對于計算機(jī)控制技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域來說，也產(chǎn)生了翻天覆地的變化?；ヂ?lián)網(wǎng)的信息控制時代隨著工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的結(jié)合而到來。文章主要闡述了以太網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場總線相結(jié)合的計算機(jī)控制技術(shù)方面的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)；計算機(jī)；控制技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)時代，計算機(jī)控制技術(shù)的定義已經(jīng)發(fā)生了根本的變化，進(jìn)入了一個多機(jī)的、自動化生產(chǎn)、控制和智能一體化相結(jié)合的發(fā)展方向。本篇文章將歸納計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展概況，同時指出作為計算機(jī)控制技術(shù)操作工程師主要的責(zé)任和工作從事情況。

一、集中控制到集散控制的發(fā)展

最初的計算機(jī)控制主要采用的是集中控制的工作方式，在進(jìn)行一系列的包括采集信號、運算處理、信息反饋、顯示狀態(tài)等任務(wù)的過程中，均是通過工業(yè)控制計算機(jī)IPC來控制的。IPC工業(yè)控制計算機(jī)將各種參數(shù)，如，壓力、溫度、PH值等進(jìn)行有效的收集，然后通過接口卡來接受經(jīng)過處理而得到的信號。現(xiàn)在，伴隨著控制系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜度，單獨的一臺計算機(jī)已經(jīng)不能勝任多種信號的處理工作了，在這種情況下，分布式控制系統(tǒng)便應(yīng)運而生，根據(jù)功能的不同，可分為上位機(jī)、下位機(jī)。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)整體集中監(jiān)視工作，下位機(jī)為分布在各現(xiàn)場的用于分布控制的個體。而上、下位機(jī)則通過相關(guān)的通訊互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳遞信息工作。

通訊是集散式控制系統(tǒng)的中心，它作為DCS的中央神經(jīng)系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)具有可拓展性、安全性和有效性。DCS最初研發(fā)階段的瓶頸為系統(tǒng)開放性低。許多廠家采用封閉形式來實現(xiàn)經(jīng)營壟斷，而不同廠家之間的信息閉塞，則成為了DCS系統(tǒng)發(fā)展困難的主要問題之一。

二、封閉系統(tǒng)到工業(yè)現(xiàn)場總線的發(fā)展

為了達(dá)到增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的兼容性、開放性的目的，必須采取措施實現(xiàn)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的公開化和標(biāo)準(zhǔn)化，因此就有了封閉系統(tǒng)到工業(yè)現(xiàn)場總線的發(fā)展。工業(yè)現(xiàn)場的總線控制系統(tǒng)（簡稱FCS）的主要功能就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)“點到點”到“總線”的方式轉(zhuǎn)變。按照總線方式，整個控制系統(tǒng)有條不紊的進(jìn)行運行，各種設(shè)備的工作都是一個“總線單元”，相互平行的運行，遵守公開、統(tǒng)一的通信協(xié)議進(jìn)行綜合自動控制相關(guān)工作。FCS相比于DCS系統(tǒng)，更能實現(xiàn)順應(yīng)用戶的要求，它采用的是開放式的現(xiàn)場總線協(xié)議，通過這種協(xié)議協(xié)調(diào)現(xiàn)場所有支線工作，使得維護(hù)和成本都降低。所以說，F(xiàn)CS系統(tǒng)是種互聯(lián)的、開放的分布式系統(tǒng)。

上個世紀(jì)80年代，現(xiàn)場總線技術(shù)就開始發(fā)展，其各種標(biāo)準(zhǔn)也不斷成為工業(yè)國家和廠商的爭奪焦點?，F(xiàn)在，Profibus及CAN均是中國自動控制領(lǐng)域的核心。1996年，Profibus標(biāo)準(zhǔn)開始進(jìn)入中國，在10年光景的推廣中，廣泛存在于我國的工業(yè)領(lǐng)域中。2006年，Profibus成為了我國第一個現(xiàn)場總線技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)。到現(xiàn)在為止，Profibus仍是應(yīng)用最為廣泛、各種控制設(shè)備、儀表種類最為齊全的總線技術(shù)，一直是車間級的總線標(biāo)準(zhǔn)、自動化集成的首要選擇。同時，CAN是機(jī)電設(shè)備控制相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的總線技術(shù)，一直是工業(yè)機(jī)械手、汽車電子、高速印刷機(jī)等控制系統(tǒng)的設(shè)備級的總線標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，Profibus和CAN分別是自動化、電子工程師的首選。

三、現(xiàn)場控制到企業(yè)自動化的發(fā)展

EtherNet/IP即以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議，是一種以以太網(wǎng)的傳輸為標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。目前，這個協(xié)議被三大組織所支持，即the Industrial Ethernet Association（IEA）、ControlNet International（CI）、the Opening DeviceNet Vender Association（ODVA）。以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議旨在形成一個開放式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以便于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的開放式建設(shè)。工業(yè)以太網(wǎng)可以定義為將商業(yè)以太網(wǎng)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）在技術(shù)上實現(xiàn)統(tǒng)一、同時提升產(chǎn)品的器件選用、適用性、可靠性和抗干擾能力，以滿足不斷增長的工業(yè)現(xiàn)場需求。

控制作用要能滿足實時性，這是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須遵從的原則，換句話說，傳輸信號的過程要迅速同時信號必須穩(wěn)定，因此要保證滿足數(shù)據(jù)定時刷新的要求。以CSMA/CD的方式所進(jìn)行的傳統(tǒng)以太網(wǎng)的傳輸，不能在電荷負(fù)荷過大的時候正常運行。工業(yè)以太網(wǎng)采用的是新的信息交換技術(shù)，能夠快速刷新信號，這就為以太網(wǎng)信號的不確定問題找到了解決方法。如，EtherNet可以達(dá)到100M、10G的傳輸速率，減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r問題，使得阻塞幾率大大降低。雙工星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及EtherNet技術(shù)則使傳輸實時性、確定性變成了可能。

“信息化工廠”是工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)存在意義，這里的信息化工廠指的是在信息基礎(chǔ)相關(guān)設(shè)施的基礎(chǔ)上，利用信息處理手段，將信息收集、傳輸、計算處理和綜合應(yīng)用，如同在工廠中生產(chǎn)、管理和運營的手段一樣?？梢哉f，工業(yè)以太網(wǎng)是自動化控制的核心，管理、運營等信息的傳輸都靠它。

很多現(xiàn)場設(shè)備對EtherNet/IP協(xié)議都很支持，它能實現(xiàn)直連下層設(shè)備，直接掛接變頻器和分布式IO，并采用以太網(wǎng)交換機(jī)作為中部鏈接，實現(xiàn)整個信息交換系統(tǒng)。EtherNet/IP控制網(wǎng)絡(luò)的功能包括以下幾方面，決定性控制、適應(yīng)應(yīng)用需要、故障容納措施、遠(yuǎn)程控制、低成本連接、內(nèi)部安全和開放式標(biāo)準(zhǔn)。它具有許多值得推廣的價值，如，實現(xiàn)了商業(yè)和企業(yè)的簡單整合，即有效的將生產(chǎn)控制、質(zhì)量監(jiān)督、可檢測性及系統(tǒng)維護(hù)等結(jié)合起來；高速、高帶寬，便于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融進(jìn)，能夠連接廣泛區(qū)域內(nèi)的設(shè)備；便于專家遠(yuǎn)程服務(wù)、診斷及部署等，有利于成本的降低和方便快捷進(jìn)行信息控制等。所以，有人將工業(yè)化的以太網(wǎng)形容為“總工程師讀數(shù)據(jù)的網(wǎng)”。可以看出，工業(yè)以太網(wǎng)具有無縫對接的優(yōu)點，這樣，工程師們就能實現(xiàn)遠(yuǎn)程對掛在以太網(wǎng)上設(shè)備的控制管理了。

四、結(jié)論

互聯(lián)網(wǎng)時代的計算機(jī)控制技術(shù)是實現(xiàn)了集中控制到集散控制的發(fā)展、封閉系統(tǒng)到工業(yè)現(xiàn)場總線的發(fā)展、現(xiàn)場控制到企業(yè)自動化的發(fā)展的過程。最初的計算機(jī)控制采用集中控制的工作方式，一系列任務(wù)均是通過工業(yè)控制計算機(jī)IPC來控制的；DCS系統(tǒng)具有可拓展性、安全性和有效性，但信息閉塞；工業(yè)現(xiàn)場的總線控制系統(tǒng)FCS實現(xiàn)數(shù)據(jù)“點到點”到“總線”的方式轉(zhuǎn)變，是一種互聯(lián)的、開放的分布式系統(tǒng)；EtherNet技術(shù)則使傳輸實時性、確定性變成了可能。