基于交換式工業(yè)以太網(wǎng)研究

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1、基于交換式工業(yè)以太網(wǎng)研究

2、第1內(nèi)容顯示中圖1傳統(tǒng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)管理層、控制層、設(shè)備層三層各層功能如下：●管理層。主要是辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，同時(shí)從監(jiān)控層提取有關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)用于制定綜合管理決策。管理層一般使川通用以太網(wǎng)，方便操作，并可連入外部網(wǎng)絡(luò)。●監(jiān)控層。從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)和下裝。監(jiān)控層的功能一般由上位計(jì)算機(jī)完成，一方面，它通過擴(kuò)展槽中網(wǎng)絡(luò)接口板與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信；另一方面，通過專門的現(xiàn)場(chǎng)總線接口（轉(zhuǎn)換器）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的連接。其關(guān)鍵技術(shù)是以太網(wǎng)與底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)間的接口，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)

3、場(chǎng)總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)包的正確解釋和傳輸。監(jiān)控層除上述功能外，還為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制利遠(yuǎn)程操作優(yōu)化提供支撐環(huán)境?！裨O(shè)備層。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的形式掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上，依照現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備采用功能塊的結(jié)構(gòu)，通過組態(tài)設(shè)汁，完成數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度壓力補(bǔ)償、PID控制等各種功能；此外，通過智能轉(zhuǎn)換器對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)儀表電流電壓進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償。2、控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別與集成的必要性控制剛絡(luò)技術(shù)源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與一般的信息網(wǎng)絡(luò)有很多共同點(diǎn)，但又有不同之處和獨(dú)特的地方。由于工業(yè)控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)可靠性和實(shí)時(shí)性，所以，應(yīng)用于測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)通信不同于一般電信網(wǎng)絡(luò)

4、的通信，也不同于信息技術(shù)中一般計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信?？刂凭W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信以引發(fā)物質(zhì)或能盤的運(yùn)動(dòng)為最終目的。用于測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)通信的主要特點(diǎn)是：允許對(duì)實(shí)時(shí)的事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)通信，具有很高的數(shù)據(jù)完整性，在電磁干擾和有地電位差的情況下能正常工作，多使用專用的通信網(wǎng)絡(luò)等。控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的具體不同如下：①控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性是控制系統(tǒng)最基本的要求。一般來說，過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求為0.01－0.5s，制造自動(dòng)化系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求為0.5－2.0s，信息網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間要求為2.0～6.0s。在信息網(wǎng)絡(luò)的大部分使用中實(shí)時(shí)性是可以忽略的。②控制網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

5、可靠性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有在高溫、潮濕、振動(dòng)、腐蝕，特別是電磁干擾等工業(yè)環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)、可靠、完整地傳送數(shù)據(jù)的能力，并能抗工業(yè)電網(wǎng)的浪涌、跌落和尖峰干擾。在可燃和易爆場(chǎng)合，控制網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有本質(zhì)安全性能。③在企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，由于分散的單一用戶要借助控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入某個(gè)系統(tǒng)，通信方式多使用廣播或組播方式：在信息網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)自主系統(tǒng)與另一個(gè)自主系統(tǒng)一般都建立一對(duì)一通信方式。④控制網(wǎng)絡(luò)必須解決多家公司產(chǎn)品和系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)中相互兼容，即互操作性的問題。目前，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般包含處理企業(yè)管理與決策信息的信息網(wǎng)絡(luò)和處理企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)控信息的控制網(wǎng)絡(luò)兩部分。信息網(wǎng)絡(luò)一般處于企業(yè)中上層，處理大量的、變化的、多樣的

6、信息，具有高速、綜合的特征?？刂凭W(wǎng)絡(luò)主要位于企業(yè)中下層，處理實(shí)時(shí)的、現(xiàn)場(chǎng)的信息，具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)性強(qiáng)、安全可靠、成本低廉等特征。由此可見控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成十分必要，將為企業(yè)計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化CIPA（puterIntegratedPlantAutomation）與信息化創(chuàng)造有利的條什。主要體現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的信息集成，建立綜合實(shí)時(shí)信息庫(kù)，為企業(yè)優(yōu)化控制、生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃決策提供依據(jù)。（2）建立分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，保證數(shù)據(jù)一致性、完整性和可操作性。（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)工作的遠(yuǎn)程監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度及控制網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷。（4）實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程軟件維護(hù)與更新。3、交

7、換式工業(yè)以太網(wǎng)基于以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)的采用正是為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，克服以前各種控制系統(tǒng)的不足。以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線相比，其主要優(yōu)勢(shì)在于它能提供一個(gè)開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，使企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層實(shí)現(xiàn)全面的無(wú)縫信息集成；解決由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上的鴻溝導(dǎo)致“自動(dòng)化孤島”的問題。針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合商用網(wǎng)絡(luò)成熟的設(shè)計(jì)方法，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)化的交換式工業(yè)以太網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)完全基于Ether－TCP／IP的一體化設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2分布式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖