工業以太環網應用：斷網監控

劉吉霞，朱德寶，趙 先，公 源

（1.江蘇揚力集團有限公司 重型機床研究所，江蘇 揚州 225127；2.山東大學附屬傳染病醫院 信息科，山東 濟南 250022）

0 前言

目前，工業控制領域中分布式控制系統的通訊有兩種較為流行的技術方案，一個是現場總線技術，另一個就是工業以太網技術[1]。現場總線應用比較多，在此不再贅述，本文著重探討工業以太網技術。所謂工業以太網，其技術上與商用以太網（即IEEE802.3 標準）兼容，但在產品設計時，在材質選用、產品強度、適用性以及實時性等方面能滿足工業現場的需要。簡言之，工業以太網是將以太網應用于工業控制和管理的局域網技術。

工業以太網絡有多種組網方式：星型、環型、雙星型、雙環型等，其中星型應用比較普遍，而環網技術是最近幾年才發展起來的，該結構網絡最大特點是允許網絡出現一處斷點。如果整個網絡中某一根通訊電纜發生故障，不會影響整個控制系統的正常工作，此時可提前發出預警信息，預防真正故障的發生。

本文以JD39-1250 機械壓力機控制系統為例，介紹工業以太環網在斷網監控方面的應用。控制系統選用RockWell 公司產品，其中，CPU 為1769-L33ER 一臺、配 PowerFlex753 變頻器一臺、1783 ETAP 三通一只、842E 絕對值編碼器3 只、遠程I/O站1734-AENTR3 個，每個站點均帶有兩個以太網口，順序連接，即可組成一個環網，主從站點之間采用Ethernet 網絡協議。編程軟件采用通用的RSLogix5000 企業版，人機界面監控軟件采用Factory Talk View，整個以太環網拓撲結構如圖1 所示。

圖1 壓力機以太環網示意圖

1 管理器的設定

該系統具有強大的數字量、模擬量及回路處理功能，具備模塊化、體系結構可擴展等特點，使得工業生產更加安全、穩定、快捷。CPU、I/O 模塊等都是智能的，任何模塊的熱插拔都不會影響其他模塊的正常工作，更加安全穩定地保證了正常生產。

在整個網絡系統中，1769-L33ER 和1783 ETAP 均可作為管理器（Supervisor），即傳統意義上的網絡主站，來監控管理整個網絡的狀態，但一個系統中只能有一個管理器被激活（Active），其余的都自動轉為備用（Backup）狀態。CPU 通過 Ethernet 讀取被激活管理器的數據，可得知整個網絡的連接狀態。

激活管理器有兩種方法：一種是系統自動設定，如果在程序中沒有特別指定，系統會隨機指定一個IP 地址較高的管理器為激活狀態；另一種就是程序指定，在程序中可以通過MSG 指令激活某一個特定的管理器。一般情況下，為了管理、編程方便，會采用第二種方法，具體例程如圖2 所示。

圖2 管理器激活

MSG 指令可對同一網絡上的其他模塊進行不定期的讀寫，并把數據通過一個類型為MESSAGE的數據標簽反映出來，而對這個標簽參數的設定，決定了讀或寫的內容。在上述例程中，需要把目標的IP 地址寫入，則MSG13 的Service Type 必須為Set Attribute Single，具體參數設定界面如圖3 所示。

圖3 激活管理器MSG 參數設定

通過上述程序，首先把SET_DLR[20]這個數組中的[1]設置為數值1，然后把這個數據寫入與之相同IP 地址的模塊，就激活了IP 地址最末一位是1的管理器（默認網段為192.168.1.*，本例中為CPU 1769-L33ER）。

2 網絡狀態監控

確定了激活狀態的管理器，CPU 再通過MSG 指令，就可以讀取管理器中的環網狀態，也可隨時更新斷網狀態，程序如圖4 所示。

圖4 環網絡狀態讀取

讀取來的數據標簽命名為GET_DLR，它必須是一個含54 組短整數（SINT）的數列，其中[1]代表當前網絡狀態，[17～20]與[27～30]代表被激活管理器兩個網絡端口連接設備終端的IP 地址。

通過GET_DLR[1]的數值，即可得知網絡當前狀態是否正常；不正常時，通過[17]與[27]的內容，很容易判斷出以太網電纜斷開的兩個站點的具體位置，在不斷電也不影響正常生產的情況下，可以及時更換電纜。

畫面監控軟件Factory Talk View 功能強大，操作簡便，利用它可以開發出人性化的人機操作界面，如圖5 所示。通過遠程操作就可以實現全部操作，人員不需要特意巡檢設備，在操作的同時就可以得知網絡狀態。

圖5 網絡監控畫面

3 斷網自動復位

網絡發生斷網現象，在不斷電情況下被恢復正常后，需要人工清除故障地址（Verify the address），否則該信號一直保持直到斷電，同樣可以通過MSG指令來清除該信息，而MSG 標簽的設定則必須如圖6 所示。可在MSG 指令前加一個1s 的脈沖，這樣會每隔1s 就讀取當前管理器兩個端口的連接終端的IP 地址，如果連接狀態轉為正常，則立刻清除故障，狀態恢復正常。

圖6 斷網IP 地址復位參數設定

謹記，以上所有的MSG 指令都是針對激活狀態的管理器而言，激活的管理器并不代表一定就是CPU，可能是其他具有管理器資格的設備，所以通訊路徑必須根據實際情況確定，否則網絡監控不會成功，而且不會有任何提示。MSG 通訊路徑設置如圖7所示。

圖7 MSG 通訊路徑設置

4 結束語

本文闡述了完整的工業以太環網斷網監控有關內容，基本所有功能的實現均通過MSG 指令來完成，有興趣的朋友可以參閱相關資料。

工業以太環網的應用及其斷網監控的實現，大大提高了數據的交換速度，使得制動角等數據的計算更為精確，實際使用中，因插接不牢等人為因素造成的電纜斷開現象，也很快得到解決。

隨著現場控制復雜程度的加大，分布式網絡的需求越來越多，要求越來越高，工業以太網因其傳輸速率高、軟硬件資源豐富、成本低廉、易于與Internet連接從而實現辦公自動化網絡等優點，應用越來越廣泛，而環網技術的應用更是大大提高了整個控制系統的安全性和可靠性。

[1]陽憲惠.工業數據通信與控制網絡[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]趙小虎，王海波，譚得健.基于三層結構的煤礦信息化系統研究[J].工況自動化，2005，（6）.

[3]朱建會，徐 震，劉 征.基于AB 1756 系列PLC 的高爐煤氣凈化系統.機械工程與自動化，2012，（4）.

[4]曹 娜，汪海濤.基于工業以太環網的礦井綜合自動化系統在高家梁煤礦的應用.智能建筑與城市信息，2011，（9）.

[5]RockWell 動力、控制與信息解決方案.Logix5000 控制器通用指令參考手冊.2011，（7）.