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工业Ethernet在远程实时控制系统中的具体应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:为实现企业ERP、MES、PCS三层信息一体化的集成以及不同总线产品之间的信息互连、互换、互操作和统一组态,提出了将工业Ethernet技术融合到FCS的观点,并将其成功实施应用,取得了较好的经济效果,实现了工厂信息自动化。阐述了系统设计的关键技术以及设计技巧。
  
  关键词:工业Ethernet控制FCS系统集成工厂信息自动化
  
  随着现代工厂信息自动化进程的加快,企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来,实现企业资源规划ERP(EnterpriseResourcePlanning)、生产执行系统MES(ManufacturingExecutionsystem)、生产控制系统PCS(ProcessControlSystem)三层信息一体化的解决方案。在PCS设计过程中,通常采用的是现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)。但由于现场总线相互之间兼容性差、生产现场自控设备的种类繁多,导致不同的总线产品之间无法实现互连、互换、统一组态及互操作;而Ethernet具有通用性强、技术成熟、带宽迅速增加等特性。在现场总线控制网络中,将价廉物美的Ethernet设备应用到现场控制网络已成为必然趋势。本文将阐述利用工业Ethernet技术和FCS融合技术实现工厂信息自动化的案例。
  
  1工业Ethernet技术及其在工业中应用的改进[3~4]
  
  现场控制网络要求具有较强的实时性。而Ethernet由于采用的是CSMA/CD协议,使其天生缺乏确定性(Determinism)和鲁棒性(Robustness),必须对其进行改进方可应用。
  
  (1)将传统的总线式结构改为星形连接结构,并为连接在端口上的每个网络节点提供独立的带宽,使连接在同一交换机的不同节点之间不存在资源争夺,降低总线上数据发生碰撞的次数,增加系统的确定性;
  
  (2)采用数据交换技术,以提供数据缓冲、提高数据网段的智能,降低数据冲撞和重发概率;
  
  (3)采用TCP/IP协议,确保数据安全可靠到达接收方。在网络链路层中所有硬件对TCP/IP的应用是透明的,TCP为传输控制协议,而IP为网际协议。TCP/IP为数据传输提供了可靠的、面向连接的通信,它位于ISO/OSI模型中的网络层,负责将数据信息拆分为固定格式的数据包,并将数据包按一定的路径传输到的接收方,然后在接收方将数据包分解并重新组合成原始的数据信息。
  
  (4)提高Ethernet通信速率,以进一步增强其确定性。通信速率的提高意味着在相同的通信量的条件下网络负荷的减轻,而网络负荷的减轻又意味着网络确定性的提高。目前,100M甚至1000M的自适应网络已在局域网、城域网中普遍应用,10000M正在研制之中,为工业Ethernet奠定了坚实的基础。
  
  (5)增强Ethernet接插件、交换机、通信电缆等抗干扰能力。由于工业现场环境十分恶劣,采用带屏蔽的双绞线或光纤通信方式是解决此问题行之有效的方法。
  
  可以说,工业Ethernet向控制层通信渗透、应用于

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