国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

1.2 穩定性與可靠性

    Ethernet進入控制領域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機和電纜等均是為商用領域設計的，而未針對較惡劣的工業現場環境來設計(如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等)，商用網絡產品不能用在有較高可靠性要求的惡劣工業現場環境中。為解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定工作的問題，許多公司專門開發和生產了導軌式集線器、交換機等產品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構。臺灣四零四科技(Moxa Technologies)于2002年6月推出工業以太網產品――MOXA Ethernet Device Server(工業以太網設備服務器)，專用于連接具有以太網絡接口的工業設備(如 PLC、HMI、DCS系統等)。 

在新發布的IEEE802.3af標準中，對Ethernet的總線供電規范進行了定義。在實際應用中，主干網可采用光纖傳輸，現場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網段還可采用冗余網絡技術，以提高網絡的抗干擾能力和可靠性。

1.3 工業以太網協議

工業自動化網絡控制系統不僅是完成數據傳輸的通信系統，而且還是借助網絡完成控制功能的自控系統。因此系統需要依靠所傳輸的數據和指令，執行一些控制計算與操作功能，由多個網絡節點協調完成自控任務。因而它需要在應用、用戶等高層協議與規范上滿足開放系統的要求，滿足互操作條件。

對應于ISO/OSI七層通信模型，以太網技術規范只映射為其中的物理層和數據鏈路層，而在其之上的網絡層和傳輸層協議，目前以TCP/IP協議為主(已成為以太網之上傳輸層和網絡層“事實上的”標準)，對較高的層次如會話層、表示層、應用層等沒有作技術規定。目前商用計算機設備之間是通過FTP(文件傳送協議)、Telnet(遠程登錄協議)、SMTP(簡單郵件傳送協議)、HTTP(WWW協議)、SNMP(簡單網絡管理協議)等應用層協議進行信息透明訪問的，但這些協議所定義的數據結構等特性不適合于工控領域現場設備之間的實時通信。

為滿足工業現場控制系統的應用要求，必須在Ethernet TCP/IP協議之上，建立完整的、有效的通信服務模型，制定有效的實時通信服務機制，協調好工業現場控制系統中實時和非實時信息的傳輸服務，形成為廣大工控生產廠商和用戶所接收的應用層、用戶層協議，進而形成開放的標準。各現場總線組織都將以太網引入其現場總線體系中的高速部分，利用以太網和TCP/IP技術，以及原有的低速現場總線應用層協議，構成工業以太網協議，如HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。

(1)    HSE(High Speed Ethernet，高速以太網)

    HSE是現場總線基金會(FF，Fieldbus Foundation)摒棄了原有高速總線H2之后的新作。現場總線基金會明確將HSE定位成實現控制網絡與互聯網Internet的集成。HSE鏈接設備將H1網段信息傳送到以太網的主干上并送到企業的ERP和管理系統，操作員在主控室可直接使用網絡瀏覽器查看現場運行情況，現場設備也可以從網絡獲得控制信息。

HSE在低四層直接采用Ethernet+TCP/IP，在應用層和用戶層直接采用FF H1的應用層服務和功能塊應用進程規范，并通過鏈接設備(Linking Device)將FF H1網絡連接到HSE網段上，HSE鏈接設備同時具有網橋和網關的功能，它的網橋功能能用來連接多個H1總線網段，使不同H1網段上的H1設備之間能夠進行對等通信而無需主機系統的干預。HSE主機可以與所有的鏈接設備和鏈接設備上掛接的H1設備進行通信，使操作數據能傳送到遠程的現場設備，并接收來自現場設備的數據信息，實現監控和報表功能。監視和控制參數可直接映射到標準功能塊或者“柔性功能塊”(FFB)中。

(2) PROFInet

   Profibus國際組織針對工業控制要求和Profibus技術特點，提出基于以太網的PROFInet，它主要包含三方面的技術：① 基于通用對象模型(COM)的分布式自動化系統；② 規定了Profibus和標準以太網之間的開放、透明通信；③ 提供一個包括設備層和系統層、獨立于制造商的系統模型。

   PROFInet采用標準TCP/IP+以太網作為連接介質，采用標準TCP/IP協議加上應用層的RPC/DCOM來完成節點之間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統Profibus系統和新型的智能現場設備。現有的Profibus網段可以通過一個代理設備(proxy)連接到PROFInet網絡當中，使整套Profibus設備和協議能夠原封不動地在PROFInet中使用。傳統的Profibus設備可通過代理proxy與PROFInet上面的COM對象進行通信，并通過OLE自動化接口實現COM對象之間的調用。

(3) Ethernet/IP

   Ethernet/IP網絡采用商業以太網通信芯片、物理介質和星形拓撲結構，采用以太網交換機實現各設備間的點對點連接，能同時支持10Mbps和100Mbps以太網商用產品，Ethernet/IP的協議由IEEE 802.3物理層和數據鏈路層標準、TCP/IP協議組和控制與信息協議CIP(Control Information Protocol)等3個部分組成，前面兩部分為標準的以太網技術，其特色就是被稱作控制和信息協議的CIP部分。Ethernet/IP為了提高設備間的互操作性，采用了Control Net和Device Net控制網絡中相同的CIP，CIP一方面提供實時I/O通信，一方面實現信息的對等傳輸，其控制部分用來實現實時I/O通信，信息部分則用來實現非實時的信息交換。

2． 工業以太網技術的發展趨勢與前景

由于以太網具有應用廣泛、價格低廉、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用支持技術成熟等優點，它已在工業企業綜合自動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控現場的趨勢,目前工業以太網在制造執行層已得到廣泛應用，并成為事實上的標準。未來工業以太網將在工業企業綜合自動化系統中的現場設備之間的互連和信息集成中發揮越來越重要的作用。總的來說，工業以太網技術的發展趨勢將體現在以下幾個方面：

2.1 工業以太網與現場總線相結合

工業以太網技術的研究興起于近幾年，而現場總線則已有十幾年的發展，技術上日漸成熟，在市場上已全面推廣。工業以太網全面代替現場總線還存在一些問題，需要進一步深入研究基于工業以太網的全新控制系統體系結構，開發出基于工業以太網的系列產品。工業以太網技術的發展將與現場總線相結合，具體表現在：

(1) 物理介質采用標準以太網連線，如雙絞線、光纖等；

(2) 使用標準以太網連接設備(如交換機等)，在工業現場使用工業以太網交換機；

(3) 采用IEEE 802.3物理層和數據鏈路層標準、TCP/IP協議組；

(4) 應用層(甚至是用戶層)采用現場總線的應用層、用戶層協議；

(5) 兼容現有成熟的傳統控制系統，如DCS、PLC等；

這方面比較典型的應用有如法國施耐德公司推出“透明工廠”的概念，即將工廠的商務網、車間的制造網絡和現場級的儀表、設備網絡構成暢通的透明網絡，并與Web功能相結合，與工廠的電子商務、物資供應鏈和ERP等形成整體。

2.2 工業以太網技術直接應用于工業現場設備間的通信已成大勢所趨

隨著以太網通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的發展，為以太網的通信確定性的解決提供了技術基礎，從而消除了以太網應用于工業現場設備間通信的主要障礙。國際電工委員會IEC正著手起草實時以太網(Real-time Ethernet, RTE)標準，旨在推動以太網技術在工控領域的全面應用。國內，在國家“863”計劃的支持下，許多單位開展EPA(Ethernet for Plant Automation)技術的研究，重點是研究以太網技術應用于工業控制現場設備間通信的關鍵技術，通過研究和攻關，取得了以下成果：

(1)    以太網應用于現場設備間通信的關鍵技術獲得重大突破。

    針對工業現場設備間通信具有實時性強、數據信息短、周期性較強等特點和要求，經研究，采用以下技術可解決以太網應用于現場設備間通信所遇到的問題：

①實時通信技術

采用以太網交換技術、全雙工通信、流量控制等技術，以及確定性數據通信調度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現場設備層網絡微網段化等針對工業過程控制的通信實時性措施，解決了以太網通信的實時性。

②總線供電技術

采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術，設計了能實現網絡供電或總線供電的以太網集線器，解決了以太網總線的供電問題。

③遠距離傳輸技術

采用網絡分層、控制區域微網段化、網絡超小時滯中繼以及光纖等技術解決以太網的遠距離傳輸問題。

④網絡安全技術

采用控制區域微網段化，各控制區域通過具有網絡隔離和安全過濾的現場控制器與系統主干相連，實現各控制區域與其他區域之間的邏輯上的網絡隔離。

⑤可靠性技術

采用分散結構化設計、EMC設計、冗余、自診斷等可靠性設計技術等，提高基于以太網技術的現場設備可靠性，經實驗室EMC測試，設備可靠性符合工業現場控制要求。
(2) 起草了EPA國家標準。

以工業現場設備間通信為目標，以工業控制工程師為使用對象，基于以太網、無線局域網、藍牙技術+TCP/IP協議，起草了“用于工業測量與控制系統的EPA系統結構和通信標準”，并通過了由TC124組織的技術評審。

(3) 開發基于以太網的現場總線控制設備及相關軟件原型樣機，并在化工生產裝置上成功應用。針對工業現場控制應用的特點，通過采用軟、硬件抗干擾、EMC設計措施，開發出了基于以太網技術的現場控制設備，主要包括：基于以太網的現場設備通信模塊、變送器、執行機構、數據采集器、軟PLC等成果等。

2.3工業以太網應用實例

圖中小區三表抄送網絡作為數據業務的傳輸與交換平臺，承擔著、數據信息及其它數據業務信號的匯接和傳輸任務。從物理連接上，這個網絡是一個冗余環網。冗余切換時間300毫秒，采用某電信技術公司的KIEN 6000-2M，2對多模光口，6個10/100M 自適應RJ45口；24伏直流冗余電源接入，報警輸出；可以靈活的與其他網絡交換機接入。良好的安全特性能夠保證數據安全傳輸。根據光纜的鋪設情況，此種網絡結構為環狀網絡結構。每個監控控制單元到監控中心均采用一一對應的設備連接，根據用戶需要可以采用雙光口連接，這樣就采用了光口冗余備份，在局端監控中心到每個監控點之間單根纖斷裂時，可自動切換到備用通道實現業務的不間斷傳輸。雙電源的冗余備份、光口/電口自動故障保報警都顯示了在工控水利場合上也交換機所不能達到的強大網絡優勢.

                   圖2  工業以太網應用實例

2.4小結

以太網可以一直延伸到企業現場設備控制層，所以被普遍認為是未來控制網絡的最佳解決方案，工業以太網已成為現場總線中的主流技術。

目前，在國際上有多個組織從事工業以太網的標準化工作，2001年9月，我國科技部發布了基于高速以太網技術的現場總線設備研究項目，其目標是：攻克應用于工業控制現場的高速以太網的關鍵技術，其中包括解決以太網通信的實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等問題，同時研究開發相關高速以太網技術的現場設備、網絡化控制系統和系統軟件。

參考文獻

[1] 成繼勛，朱紅萍.  工業以太網技術的新進展[J] 自動化儀表，2004(12)

[2] 王波.    基于交換式工業以太網研究[J] 重工與起重技術，2004(02)

[3] 姚夕平，王益.基于以太網開放式牽引變電所監控系統[J]電氣化鐵道，2005(04)

[4] 康軍，戴冠中.工業以太網遠程監控系統設計[J]計算機工程與設計，2005(06)