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工業(yè)Ethernet在遠程實時控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用
摘要:為實現(xiàn)企業(yè)ERP、MES、PCS三層信息一體化的集成以及不同總線產(chǎn)品之間的信息互連、互換、互操作和統(tǒng)一組態(tài),提出了將工業(yè)Ethernet技術(shù)融合到FCS的觀點,并將其成功實施應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟效果,實現(xiàn)了工廠信息自動化。闡述了系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)計技巧。
關(guān)鍵詞:工業(yè)Ethernet 控制 FCS 系統(tǒng)集成 工廠信息自動化
隨著現(xiàn)代工廠信息自動化進程的加快,企業(yè)逐漸將管理、決策、市場信息和現(xiàn)場控制信息結(jié)合起來,實現(xiàn)企業(yè)資源規(guī)劃ERP(Enterprise Resource Planning)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing Execution system)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)PCS(Process Control System)三層信息一體化的解決方案。在PCS設(shè)計過程中,通常采用的是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)。但由于現(xiàn)場總線相互之間兼容性差、生產(chǎn)現(xiàn)場自控設(shè)備的種類繁多,導(dǎo)致不同的總線產(chǎn)品之間無法實現(xiàn)互連、互換、統(tǒng)一組態(tài)及互操作;而Ethernet具有通用性強、技術(shù)成熟、帶寬迅速增加等特性。在現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)中,將價廉物美的Ethernet設(shè)備應(yīng)用到現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)已成為必然趨勢。本文將闡述利用工業(yè)Ethernet技術(shù)和FCS融合技術(shù)實現(xiàn)工廠信息自動化的案例。
1 工業(yè)Ethernet技術(shù)及其在工業(yè)中應(yīng)用的改進[3~4]
現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)要求具有較強的實時性。而Ethernet由于采用的是CSMA/CD協(xié)議,使其天生缺乏確定性(Determinism)和魯棒性(Robustness),必須對其進行改進方可應(yīng)用。
(1)將傳統(tǒng)的總線式結(jié)構(gòu)改為星形連接結(jié)構(gòu),并為連接在端口上的每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨立的帶寬,使連接在同一交換機的不同節(jié)點之間不存在資源爭奪,降低總線上數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞的次數(shù),增加系統(tǒng)的確定性;
(2)采用數(shù)據(jù)交換技術(shù),以提供數(shù)據(jù)緩沖、提高數(shù)據(jù)網(wǎng)段的智能,降低數(shù)據(jù)沖撞和重發(fā)概率;
(3)采用TCP/IP協(xié)議,確保數(shù)據(jù)安全可靠到達接收方。在網(wǎng)絡(luò)鏈路層中所有硬件對TCP/IP的應(yīng)用是透明的,TCP為傳輸控制協(xié)議,而IP為網(wǎng)際協(xié)議。TCP/IP為數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的、面向連接的通信,它位于ISO/OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層,負責(zé)將數(shù)據(jù)信息拆分為固定格式的數(shù)據(jù)包,并將數(shù)據(jù)包按一定的路徑傳輸?shù)降慕邮辗剑缓笤诮邮辗綄?shù)據(jù)包分解并重新組合成原始的數(shù)據(jù)信息。
(4)提高Ethernet通信速率,以進一步增強其確定性。通信速率的提高意味著在相同的通信量的條件下網(wǎng)絡(luò)負荷的減輕,而網(wǎng)絡(luò)負荷的減輕又意味著網(wǎng)絡(luò)確定性的提高。目前,100M甚至1000M的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)已在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)中普遍應(yīng)用,100
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