淺談工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動(dòng)化控制

【摘要】傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線在實(shí)際應(yīng)用中的諸多不足長(zhǎng)期困擾著工業(yè)流水線自動(dòng)化控制的發(fā)展。推進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用具有很大的實(shí)際意義，文章首先分析工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出流水線自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制模式，結(jié)合自動(dòng)化流水線的具體功能，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出工業(yè)控制系統(tǒng)的層次框架，促進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太網(wǎng)；自動(dòng)控制；工業(yè)流水線

精密制造技術(shù)日益先進(jìn)，對(duì)自動(dòng)化的控制提出更高要求，對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求也就愈高。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，改變傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化控制方式主要采用電氣控制的局面，取之以無人化自動(dòng)控制。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中仍占主導(dǎo)。但面對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的不斷升級(jí)，系生產(chǎn)線上機(jī)電設(shè)備不斷增多，伴隨而來的是越來越多的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制設(shè)備，此背景下，自動(dòng)化流水線的監(jiān)控需求已經(jīng)完全超出現(xiàn)場(chǎng)總線的操控能力，由于現(xiàn)場(chǎng)總線具有針對(duì)性，往往使得各個(gè)機(jī)電裝備成為“控制孤島”，相互獨(dú)立的設(shè)備互不兼容，無法通訊，不便于設(shè)備后期的維護(hù)。隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的提升，組網(wǎng)價(jià)格變得低廉、通信協(xié)議兼容性良好、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一體化的工業(yè)以太網(wǎng)得到推廣，成為替代現(xiàn)場(chǎng)總線的良好選擇。本文研究工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化流水線控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分析基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

一、工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)

（一）工業(yè)以太網(wǎng)概述

在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，通過工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)中實(shí)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)以及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)已應(yīng)用于生產(chǎn)的自動(dòng)化過程。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)日益提升使得對(duì)自動(dòng)化控制的要求變高，如實(shí)現(xiàn)監(jiān)控一體化、無人化等，正是因?yàn)橛辛诉@樣的高要求，使得工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化流水線中的應(yīng)用愈加普及，最佳的方式是將工業(yè)以太網(wǎng)與控制相結(jié)合，幾乎能夠滿足目前大多數(shù)工廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能需求。本文將工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合，研究工廠流水線自動(dòng)化控制，探討工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化流水線控制中的應(yīng)用。用戶需求決定所需工業(yè)性能，工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)在于通用兼容性，允許用戶無縫升級(jí)，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線能無縫升級(jí)到工業(yè)以太網(wǎng)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定整個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及可靠性，本文具體控制對(duì)象為流水線，實(shí)際控制要求是實(shí)現(xiàn)流水線自動(dòng)化控制。

流水線中機(jī)電設(shè)備繁多，要求具有高的可靠性和穩(wěn)定性，星型或樹型結(jié)構(gòu)無法保證系統(tǒng)的可靠；在此選擇環(huán)型結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)旁路傳輸功能，在網(wǎng)絡(luò)上某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，完全不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)癱瘓，其可靠性翻倍，故選用環(huán)型拓?fù)洹?/p>

2.系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)分為三層：一是信息管理層。信息管理層處于頂層，功能是匯總數(shù)據(jù)信息、集成數(shù)據(jù)信息、實(shí)現(xiàn)信息管理。通常需要開發(fā)人機(jī)交互軟件，目的是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底層數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)層狀態(tài)，數(shù)據(jù)管理的實(shí)時(shí)性主要又賴于數(shù)據(jù)庫(kù)管理。二是網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層處于中間層次，是由工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的物流鏈路的實(shí)際傳輸層。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性取決于網(wǎng)絡(luò)傳輸層的性能是否可靠。實(shí)際構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸層的過程中，要合理構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、合理選取中繼路由節(jié)點(diǎn)，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸層的可靠。三是底層數(shù)據(jù)采集層。底層數(shù)據(jù)采集層位于底層，一般為傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置，采集系統(tǒng)的運(yùn)行、狀態(tài)數(shù)據(jù)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)。合理的傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置確保采集真實(shí)的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)有效并且可靠，同時(shí)還要在工業(yè)以太網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸。

二、功能模塊設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)包含以下幾個(gè)方面功能：一是運(yùn)行參數(shù)采集與實(shí)時(shí)顯示。流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各臺(tái)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)，目的是確保流水線運(yùn)作的安全、穩(wěn)定、可靠。對(duì)運(yùn)行參數(shù)的采集與實(shí)時(shí)顯示能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)人員管理和調(diào)整生產(chǎn)工序、維護(hù)設(shè)備提供可靠依據(jù)。二是自動(dòng)控制指令下達(dá)。流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同的工序、工步調(diào)整機(jī)電裝備的運(yùn)行狀態(tài)，傳統(tǒng)方式由工人手動(dòng)調(diào)整。工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)使得系統(tǒng)的自動(dòng)化程度極大提高，摒棄傳統(tǒng)方式，依托自動(dòng)控制系統(tǒng)本身實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)控。流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正意義上無人值守。三是數(shù)據(jù)管理。不同的機(jī)電設(shè)備狀態(tài)參數(shù)也不同，要求實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)生產(chǎn)參數(shù)，故應(yīng)使流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)管理的功能。四是遠(yuǎn)程調(diào)度與監(jiān)控。工業(yè)以太網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。實(shí)現(xiàn)該功能的前提是工業(yè)以太網(wǎng)能夠和因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。將工業(yè)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)輸入IP地址連接的因特網(wǎng)中，能夠遠(yuǎn)程訪問和調(diào)度該控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

三、結(jié)語

隨著工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的普及，流水線自動(dòng)化控制的可靠性、穩(wěn)定性逐步提升，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的水平逐步提高。本文以工業(yè)以太網(wǎng)著手，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的切實(shí)需求，探討基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，制定實(shí)現(xiàn)方案，有益于推動(dòng)工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳長(zhǎng)輝.基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2015，2（06）：132～133.

[2]沙印.基于PLC控制的流水線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，3（16）：45～47.

作者簡(jiǎn)介：趙城（1988.02—），男，漢族，江蘇南京人，大專，研究方向：電氣自動(dòng)化控制。