工業以太網在八鋼小型廠自動化領域中的應用

孫國慶　馬　衛

摘要:主要介紹了以太網技術和現場總線技術的特點,論述了現場總線技術應用以太網技術的優勢,介紹了工業以太網在八鋼小型廠自動化領域中的應用。

關鍵詞:以太網 現場總線 自動化

1. 以太網

1985年以太網協議首次成為正式的IEEE802.3號碼之下發布的網絡標準協議。802.3標準包括物理層、MAC(介質訪問層)子層協議。信息以基帶方式傳輸。它描述了運行在各種介質上的從1Mbps到10Mbps的持續CSMA/CD(載波監聽多路訪問/沖突檢測)系統的整個協議。

2. 以太網技術在自動化領域中的技術優勢

正在發展完善中的現場總線技術(FieldBus)是為了適應工業控制系統向分散化、智能化、網絡化方向發展在20世紀80年代的現代技術,它是低帶寬的底層控制網絡,這種技術導致了傳統電氣監測控制系統結構的變革,形成了新型的網絡集成化、分布式控制系統——現場總線控制系統。現場總線是開放統一的通信網絡,自動化領域的多家設備供應商制定了適于不同場合的各種總線協議,如LonWorks、Profibus、CAN、HART等總線標準協議,總數達40多個。

將以太網用于工業領域主要有以下幾個方面的優勢:

1.以太網是目前技術最成熟應用最廣泛的通信網絡。具有價格低、多種傳輸介質可選、高速度、易于組網應用等特點,而且其運行經驗最為豐富,擁有大量安裝維護人員。

2.易于Internet連接。過去十幾年中Internet的興起和Unix、Windows等操作系統逐漸處于主導地位,像TCT/IP協議以及其它一些定義明確的傳輸協議得到廣泛的應用,將以太網應用到工業領域應該是最為方便最有效的解決方案。

3.以太網可以克服現場總線不能與計算機網絡技術同步改變發展的弊端。以太網作為現場總線,特別是高速現場總線的框架主體,可以避免現場總線技術游離于計算機技術的發展之外,使現場總線技術與計算機網絡技術很好地融合而形成相互促進的局面。當然,以太網技術也有一些缺陷,比如它適于辦公環境的應用,但這些技術問題并非難以解決。基于以上優勢,以太網技術在上世紀90年代中期開始逐漸應用在工廠自動化領域。

3. 以太網在八鋼小型廠工業自動化領域的應用

3.1以太網的拓撲結構和設備配置

八鋼小型廠是上世紀90年代中期建立的。其中以太網系統共有5臺MMI構成,其拓撲結構采用星形結構。由于11#、12#MMI距離集線器(HUB)很遠,已超出雙絞線電纜的一般的使用范圍(100m),因此選用光纖,一方面滿足了長距離信號傳輸的要求,另一方面比采用粗同軸電纜抗干擾性強。

基于10BASE-T的星形網絡有以下特點:

1. 網絡適用性強。由于HUB上的每個接口都是以點對點方式與另一網絡設備相連,任何連接上出的問題只會影響某一個設備或一個網絡分段,不會影響整個網絡的正常運行。

2. 容易檢測錯誤。當出現鏈接問題時網絡管理員只需去中央集線器檢查集線器收發器狀況指示燈即可。

3. 雙絞線電纜作傳輸介質,成本低,有效的降低了網絡成本,便于擴充和改變網絡連接,從而節省了管理網絡所消耗的時間。

4. 10BASE-T信號特點:10BASE-T介質系統中傳輸的信號采用曼切斯特編碼系統進行編碼,信號在雙絞線電纜上作為平衡的差分電流進行傳送,即在發送或接受各對電線中有一根電線傳送差分信號的正振幅(0~2.5V),另一根電線傳遞信號的負振幅(0~2.5V),則在電線對的兩根電線之間測量的峰——峰電壓值5V。

5. 設備配置:(1)網絡接口卡:采用3c579TP,符合EISA總線標準。雖然這種卡信息吞吐量大,對CPU的負擔輕,但由于國內工控機普遍采用ISA/PCI總線標準,因此隨著工控機的逐步改造,今后將采用符合PCI總線標準的網卡。

(2)網絡集線器(HUB):采用3c16670,12端口為系統的擴展留有富于的接口。

(3)光電信號轉換器:才用LANCAST4318。

3.2 以太網通訊的任務及通訊參數設定

八鋼小型廠以太網通訊的重要任務是:

(1)負責傳送金軋制生產線上批號跟蹤管理信息;

(2)負責傳送精整區、軋制區整體設備運行狀況;

(3)構成小型連軋廠過程自動化的數據通道和生產信息管理網。

批號跟蹤管理信息如下圖所示

由于所有以太網站均由MMI組成,而在MMIPC機上運行的是Factory LinkIV工業控制組態軟件,所以用戶程序中關于以太網通訊參數可在Factory LinkIV系統提供的LAN傳送和接手信息配置表中進行。

Factory LinkIV提供了三種LAN參數配置表,在其他配置菜單下可進入:

1. LAN Send Control傳送控制表。在這個表中可設定需要傳送到別的以太網站的信息表、目的站的地址、發生傳送過程的觸發條件等。

2. LAN Receive Control接收控制表。在這個表中可設定需要的變量組,用于接收從其他站點發送來的信息。

3. LAN Groups。在此表中設定發送和接收信息的目的網站的地址和本網站地址,這些網絡地址應選用安裝配置TCP/IP協議組是設置的IP地址。

4. 結語

自八鋼小型廠生產以來,以太網在其自動化控制中運行穩定,可靠。從此我們可以看出以太網應用到現場總線已成為自動化領域中的技術趨勢,以太網技術將會十分迅速地進入到工業控制系統的各級網絡中。

參考文獻:

[1]李子文,小型連軋機的工藝與電氣控制. 北京:冶金出版社.

[2]孫軍凱,從Ethernet/IP工業以太網到工廠信息化技術. 自動化博覽.