工业以太网控制 工业以太网在企业自动化控制中应用

　　摘要：文章在工业以太网综述的基础上，介绍了以太网网络在工业企业自动化生产控制中的具体应用及发展趋势，及作者对此网络技术在使用中的一些思考。 　　关键词：以太网；自动化控制；应用发展
　　中图分类号: TP393.1文献标识码:A
　　前言
　　我们知道，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠新设备、新工艺以及计算机的应用就开始了对传统工业进行了改造，使工业得到突飞猛进地发展。而到了20世纪末，世界上最大的变化就是全球市场的蔚然形成，出现了全球市场的同质化竞争，促使着众多企业从根本上调整自己的发展思路和经验管理模式，出现了网络信息化在工业生产中的应用。
　　然而随着科技技术的不断发展，计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，将朝着现场总线控制系统（FCS）的方向发展。但我们可以肯定的是，结合DCS、FCS的日益发展，不断延伸出的工业以太网将日益发挥出强大的生命力。文章结合笔者多年来的工作经验，结合当前的形式，着重阐述了工业以太网在工业领域中的应用、发展和一些思考。
　　1.工业以太网综述
　　工业以太网它是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径，它广泛应用于生产和过程自动化。这种信息网络作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占有更加重要的地位。我们通过接入WAN(广域网)可实现公司与公司之间的通讯。基于这些，笔者总结了工业以太网的一些特点，具体如下：
　　1.1应用广泛。工业以太网是应用最为广泛的网络技术，几乎所有的编程语言如Visual C＋＋、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。
　　1.2可持续发展潜力大。工业以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投人，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。
　　1.3资源共享能力强。随着Internet/ Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现"控管一体化"，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。
　　1.4通信速率。现在10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
　　2.工业以太网在企业控制领域中应用
　　事实上，工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，是工业企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，它有效解决了由于协议上的不同导致的"自动化孤岛"问题，但从目前的发展看，笔者认为，工业以太网在控制领域的应用主要体现在：
　　2.1基于Web的网络监控平台的应用
　　嵌人式以太网是最近网络应用热点，是通过Internet使所有连接网络的设备彼此互通，从计算机、PDA、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，管理者通过Web浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器，连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-4.85接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。
　　2.2工业以太网混合EtherNet/Fieldbus网络结构使用
　　笔者认为，这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。随着科技的发展，需求的增大，以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在目前的企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。
　　2.3工业以太网在工业现场设备间的通信应用
　　时下，随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的逐步发展，为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础，从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。在这种情况下，笔者呼吁需要有关部门重点研究以太网技术的应用，主要在于工业控制现场设备间通信的关键技术。
　　目前，工业以太网在市场占有率可高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，笔者认为，它可以为企业应用带来巨大的利益；可以通过简单的连接方式快速装配；通过不断的开发提供持续的兼容性，保证投资的安全。
　　3. 工业以太网在企业控制领域中发展前景
　　目前，工业以太网已经渗透到了控制层和设备层，在很多的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。以太网之所以给自动化市场带来发展潜力，笔者认为主要有以下几个原因：（1）低成本的刺激和速度的提高；（2）现代企业对实时生产信息有越来越多的要求；（3）以太网的开放性和兼容性。
　　同时，工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层采用以太网架构以后，控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强，在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器，从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为"透明工厂"。
　　此外，通过Internet可以实现对工业生产过程的实时远程监控，将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使生产不只是面向定单的生产，而是直接面向机会和市场的"电子制造"，从而使企业能够适应经济全球化的要求。
　　4.总结
　　在我国，工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。但是由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质等的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展。
　　从上述阐述中，我们可以得出这样的结论：工业自动化的发展趋势应该是分布式、开放化和信息化。分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工作的网络，达到系统危险分散的概念；开放化则是系统结构具有与外界的接口，实现系统与外界网络的连接。基于以太网技术的自动化具有低成本和开放性，可以实现远程控制，易于与管理结合，实现管控一体化。
　　参考文献
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