冶金自動化系統中工業以太網的技術優勢與應用

摘 要：在迅速發展的以太網技術背景下，工業以太網發揮著越來越重要的作用，并且扮演了越來越重要的角色。在自動化信息網絡技術和自動化控制技術相結合的現代自動化設備中，工業以太網已經成長為標示性的技術。該文以此展開分析探討，從多個角度展開深入研究，對于以太網技術的特點和冶金工業控制領域里的應用進行了有效的分析，

關鍵詞：工業以太網 冶金自動化 現場總線

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1674-098x（2013）4（b）-0051-01

在需求日益多元化的今天，工業以太網得到了廣泛的應用。絕大多數的情況下，要對于系統專門設計的實時控制系統進行專門的控制，就需要對于現場總線系統進行應用。其中，它們使用的應用程序都需要靠自己來完成可靠性操作，基本上不需更多的可靠性保證措施，只需TCP協議即可，數據傳送服務的可靠和穩定保證都靠其實現，一般以用于傳送大量報文為主，還要為可靠的保證做大量復雜而繁瑣的工作。到達主機以發送的順序為依據，在得到接收者確認之后保證投遞成功，這也是報文的主要的工作方式、流程和程序所在。采用超時重發、三次握手、滑動窗口等保證報文的傳輸可靠，從而依據它們到達的順序，來完成到達主機的傳輸過程。

普遍情況下，可以利用應用層為以太網協議操作的可靠性提供支持，如Talk和TCP/IP等。這些協議中，TCP/IP是最受到重視和支持的，也是Internet協議的一種。

1 工業控制領域的應用中的TCP/IP以太網

1.1 以太網基于TCP/IP技術

工業以太網是新標準下的自動化網絡體系，包括設備層、控制層和信息層共同形成。一般情況下采用三層網絡結構。在這個體系中，數據可以實現雙方向的流動，而且在層和層間數據可以實現交換，在具體的實現中，可能會有每層之間層疊等現象出現。通過這類有效手段，能夠對高性能的相關要求加以滿足，使整體所需的費用有效降低，可以將網絡和設備的診斷及檢測能力有效提高，使安裝或接線等復雜要求有效減少。

1.2 對于工業以太網進行應用的實際案例分析

1.2.1 案例介紹

美國的羅克韋爾自動化公司設計的產品，即在酒鋼燒結廠的控制系統中，運用的主機是可以進行編程的控制器PLC-5/40系統，在20世紀的90年代即在實際生產中投入到使用過程中。隨著生產過程中對于相關工藝要求的提高，對于網絡的處理信息速度也提出了更高的要求，信號的數量也急劇增加。現有的DH+網絡已經無法滿足生產過程中對于信號傳輸的相關要求，導致控制系統在生產過程中多次出現誤動，而且故障發生頻率極高，極大的影響了生產過程中設備運行的穩定性，給生產工作帶來了嚴重的延誤，造成了巨大的經濟損失。如果要提高信息傳輸的速率，就需要工業以太網取代現有的DH+網進行采用。

1.2.2 硬件系統配置解析

采用1785-L40E/F型號的處理器，對于遠程適配器（擴展單元）來說，1771-ASB就能進行很好的適應；另外，還需要采用1771-P7電源模板和1771-IMD數字輸入模塊。

2 工業以太網解析

2.1 工業以太網

在工業生產過程中使用的以太網，相較于商用的以太網而言在技術上具有兼容性，只是在對產品進行設計時，以工業生產的現場需要為導向，對于產品強度、實時性、可靠性、材料選取、產品適用性、對干擾的抗性和可操作性方面要求更嚴，甚至在本質安全方面也更能符合相關的要求。

2.2 對于工業以太網的特性進行分析

2.2.1 工業以太網的實時性及確定性

以太網技術的快速發展使其非確定性和應用的解決已經得以徹底實現。目前，通過工業以太網展開的通信，其速率已經能夠實現10G與1000M，在相同的數據處理數量條件下，提高通信的速度，可以在很大程度上減輕網絡的負荷，降低傳輸過程中的延時，極大的減小網絡傳輸過程中發生的信息碰撞概率。將總線型的結構用星型的網絡拓撲結構加以取代，可以利用交換機將網絡切割為一定數量的網段。工業以太網中的交換機因為本身的存儲數據、轉發數據的能力，可以在不同端口之間實現數據的輸入與輸出，并保證數據幀能具有必須的緩沖，避免碰撞事故的發生。交換機在傳輸網絡數據時，還可以對數據進行適當的過濾，保證網段間的節點中數據傳輸區域的限制，使其不需經由主干網絡，不需對其他網段寬帶加以占用，從而大幅度降低主干網絡及各網段的負荷。

2.2.2 工業以太網的可靠性和運行的穩定性

在工業生產中使用的以太網，對于各生產工藝進行控制過程所涉及到的各種構件，包括交換機、接插件、電纜和集線器等都是在商業以太網中加以設計的，這是工業以太網需要面對的另外一個重要問題所在。在工業生產的現場環境較為惡劣時，如果對于穩定性和可靠性的要求較高，那么商用的網絡產品則堅決不能采用，需要在詳細掌握工業生產現場的環境和條件的基礎上，對工業以太網進行相應的、針對性的專門設計。

2.3 工業以太網協議

要很好的對工業以太網的數據傳輸過程加以完善，對于工業生產的過程準確而高效的自動控制進行更好的實現，將是工業自動化網絡控制系統的主要特征所在。除了要對數據傳輸的過程進行完善外，還要根據傳送的指令或者數據，使之能夠自動執行相應的操作或控制，通過諸多節點加以協調，準確的完成自動控制工作。在ISO/OSI的通信模型中，只是在其數據鏈的路層及物理層中對相關技術規范加以反映，而在工業以太網的傳輸層及網絡層使用協議中，主要的還是TCP/IP協議。這一協議的使用，可以和原始的低速現場的總線應用層協議有機結合，組成了具有強大功能的工業以太網專用協議。

2.4 應用效果分析

在實際生產運行一段時間后，改造后的工業以太網運行狀況非常良好，因為高達10M的傳輸速率，對比DH+的傳輸速率，具有極為明顯的使用優勢，通過這一平臺，監控畫面可以更為順暢快捷的運行。過去的較慢的網絡速度導致的誤動或故障將可以得到有效的屏蔽，同時可以促使信息化的管理水平在很大程度上得以調高，為后續的工業數據交換工作的開展提供了有力支撐。

參考文獻

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