淺談工業以太網的流水線自動化控制

【摘要】傳統現場總線在實際應用中的諸多不足長期困擾著工業流水線自動化控制的發展。推進工業以太網在工業自動化控制系統的應用具有很大的實際意義，文章首先分析工業以太網的特點，在此基礎上設計出流水線自動控制系統的結構和控制模式，結合自動化流水線的具體功能，在計算機網絡的基礎上設計出工業控制系統的層次框架，促進工業以太網在工業生產自動控制系統中的應用。

【關鍵詞】工業以太網；自動控制；工業流水線

精密制造技術日益先進，對自動化的控制提出更高要求，對于自動化控制系統的要求也就愈高。工業自動化的發展得益于網絡技術的成熟，改變傳統工業自動化控制方式主要采用電氣控制的局面，取之以無人化自動控制。目前，現場總線技術在自動化控制領域中仍占主導。但面對生產規模的不斷升級，系生產線上機電設備不斷增多，伴隨而來的是越來越多的實時監測和自動化控制設備，此背景下，自動化流水線的監控需求已經完全超出現場總線的操控能力，由于現場總線具有針對性，往往使得各個機電裝備成為“控制孤島”，相互獨立的設備互不兼容，無法通訊，不便于設備后期的維護。隨著以太網通信技術的提升，組網價格變得低廉、通信協議兼容性良好、聯網技術一體化的工業以太網得到推廣，成為替代現場總線的良好選擇。本文研究工業生產中的自動化流水線控制系統，設計分析基于工業以太網的流水線自動化控制系統。

一、工業以太網設計

（一）工業以太網概述

在工業生產制造領域中，通過工業以太網的網絡通信協議在工業以太網中實行網絡傳輸。企業內部互聯網、外部互聯網以及國際互聯網已應用于生產的自動化過程。工業自動化技術日益提升使得對自動化控制的要求變高，如實現監控一體化、無人化等，正是因為有了這樣的高要求，使得工業以太網在自動化流水線中的應用愈加普及，最佳的方式是將工業以太網與控制相結合，幾乎能夠滿足目前大多數工廠的自動化控制系統的功能需求。本文將工業以太網結合，研究工廠流水線自動化控制，探討工業以太網在工廠自動化流水線控制中的應用。用戶需求決定所需工業性能，工業以太網的優勢在于通用兼容性，允許用戶無縫升級，使得傳統的現場總線能無縫升級到工業以太網控制的自動化系統。

（二）系統設計

1.拓撲結構設計

工業以太網的拓撲結構決定整個控制系統網絡的穩定性及可靠性，本文具體控制對象為流水線，實際控制要求是實現流水線自動化控制。

流水線中機電設備繁多，要求具有高的可靠性和穩定性，星型或樹型結構無法保證系統的可靠；在此選擇環型結構，具有自動旁路傳輸功能，在網絡上某一節點發生故障時，完全不會導致整個網絡出現癱瘓，其可靠性翻倍，故選用環型拓撲。

2.系統組網設計

工業以太網的組網設計分為三層：一是信息管理層。信息管理層處于頂層，功能是匯總數據信息、集成數據信息、實現信息管理。通常需要開發人機交互軟件，目的是實時監測底層數據、網絡層狀態，數據管理的實時性主要又賴于數據庫管理。二是網絡傳輸層。網絡傳輸層處于中間層次，是由工業以太網絡構成的物流鏈路的實際傳輸層。自動化控制系統的可靠性取決于網絡傳輸層的性能是否可靠。實際構建網絡傳輸層的過程中，要合理構建網絡拓撲結構、合理選取中繼路由節點，以確保網絡傳輸層的可靠。三是底層數據采集層。底層數據采集層位于底層，一般為傳感器、數據采集裝置，采集系統的運行、狀態數據并對系統進行實時監測，是控制系統的數據源和基礎。合理的傳感器和數據采集裝置確保采集真實的數據，保證數據有效并且可靠，同時還要在工業以太網上實時傳輸。

二、功能模塊設計

工業以太網的流水線自動化控制系統包含以下幾個方面功能：一是運行參數采集與實時顯示。流水線自動化控制系統需要實時監測各臺機電設備的運行狀態、環境參數，目的是確保流水線運作的安全、穩定、可靠。對運行參數的采集與實時顯示能夠為現場人員管理和調整生產工序、維護設備提供可靠依據。二是自動控制指令下達。流水線自動化控制系統應對不同的工序、工步調整機電裝備的運行狀態，傳統方式由工人手動調整。工業以太網的出現使得系統的自動化程度極大提高，摒棄傳統方式，依托自動控制系統本身實現實時調控。流水線自動化控制系統實現真正意義上無人值守。三是數據管理。不同的機電設備狀態參數也不同，要求實時記錄和存儲生產參數，故應使流水線自動化控制系統具備數據管理的功能。四是遠程調度與監控。工業以太網依托網絡實現遠程調度和監控，實現無人值守。實現該功能的前提是工業以太網能夠和因特網實現無縫對接。將工業自動控制網絡輸入IP地址連接的因特網中，能夠遠程訪問和調度該控制網絡系統。

三、結語

隨著工業以太網應用的普及，流水線自動化控制的可靠性、穩定性逐步提升，工業自動化控制系統的水平逐步提高。本文以工業以太網著手，結合生產現場的切實需求，探討基于工業以太網的流水線自動化控制系統的設計，制定實現方案，有益于推動工業以太網在工業控制系統中的應用。

參考文獻

[1]陳長輝.基于工業以太網的自動化控制系統設計[J].軟件導刊，2015，2（06）：132～133.

[2]沙印.基于PLC控制的流水線自動控制系統設計[J].山東工業技術，2016，3（16）：45～47.

作者簡介：趙城（1988.02—），男，漢族，江蘇南京人，大專，研究方向：電氣自動化控制。