現場總線控制網絡模型與網絡集成的探究

盧恒亮 廣東省計算技術應用研究所

在國內，隨著工業領域建設技術水平越來越完善，現場總線也成為了其領域研究的焦點課題，分散化、網絡化是控制系統改革的新目標。現場總線系統是一種最新的開放式的可控通信系統，可以有效地將現場控制和管理相融合，并且將其延伸為DCS擴展形式。現場總線對初始封閉的 DCS狀態 進行了改變，DCS 不是嚴格意義上的分散控制系統，中央控制室內掌握著全部的 I/O 和控制站，現場儀表會利用獨立的上位機傳輸信息，其電流信號多為4 ～20 m A，由于廠家協議標準沒有統一化，致使 DCS系統之間無法進行互相操縱。在這種情況下，需要進行現場總線控制網絡模型與網絡集成的研究，引起了業內人士的廣泛關注，也成為了很多專家和學者研究的焦點課題。

1 現場總線控制網絡模型的組建

在組建現場總線控制網絡模型過程中，現場總線能夠將測控任務分散給多個現場設備，上位計算機負責監控較為復雜的控制功能。將現場總線作為企業底層信息和數據傳輸的主要部分，在企業整體信息網絡中，現場總線也是最關鍵的部分。現場總線源于控制網絡，所以網絡技術是其核心集成。相對于Internet、Intranet等類型的信息網絡的不同之處在于，控制網絡需要和生產過程相呼應，所以要求具有較高的實時性、數據完整性及其可用性。為了和這些特性相匹配，現場總線簡化了網絡協議，通常SO/OSI 七層模型可以分為三層即數據鏈路層、物理層。此外，最上層工廠信息系統需要和現場總線進行數據交互和傳輸。在一個整體的企業網絡架構中，現場控制模型需要和底層網絡和上層信息網絡進行數據傳輸，將其現場的設備層定位為底層信息網絡，以現場總線協議標準為基礎，采用功能塊結構作為智能設備，以組態設計為基礎進行多種功能的開發，利用智能轉換器和常規檢測儀表電流電壓信號完成數字轉換，利用PLC 接口和原有的系統進行連接。

現場總線控制網絡要具有規范的拓撲結構，其設備要以網絡節點的模式表述在現場總線網絡中，為了保障節點間會進行正常、穩定的數據傳輸，可以將現場總線網絡拓撲結構分為以下幾種:

①環形(令牌)網:

最大特點在于時延較為穩定，在重新加載網絡時有較高的效率，但是負載較輕時，等待令牌會形成沒有必要的時延，此時傳輸效率有所下降。

②總線網:

主要特點是節點銜接穩定、成本小。輕載的狀態下時延低，但網絡通信負荷較大時，時延有所加大，網絡效率較低，其數據傳輸時延較差

③樹型網 :

基本的特點在于擴展性加強，頻帶寬闊，節點間通信質量差。

④令牌總線網:

將環形網和總線網絡的相融合，這樣的網絡時延沒有大的沖突，其節點接入可靠，穩定性較好。

2 現場總線控制網絡模型與網絡集成的探究

2.1 網絡的硬件平臺設計

在現場總線控制網絡模型與網絡集成的探究中，將硬件平臺的設計方案分為下述幾種:

①購入現有的開發產品。

②采用單片機來進行自行研究開發。

③購買專門的芯片，在此基礎上進行二次開發。

在選取網關硬件平臺時，需要衡量其工業應用具有的特點，開發成本，性價比，周期，穩定性及其可擴展性。因此，在上述方案中，第一類方案雖然開發周期短，魯棒性強，但是其價格頗為昂貴，成本太大，用戶難以大量使用。第二類方案的開發周期較為漫長，難道較大，魯棒性無法獲得保障，尤其是TCP/IP協議的研發，所以第三種類型，購買專門芯片。進行二次開發是好的選擇，專用芯片價格較為合適，集中了很多片內設備供給開發使用，降低了開發的難度，提升了系統的穩定性。

2.2 控制網絡與信息網絡的集成

控制網絡和信息網絡的融合，可以通過下述方式來實現，即是在底層網段和中間監控層間添入中繼器、網橋、路由器等多種硬件設備，將控制網絡定義為信息網絡擴展和之緊密合成:

①在控制網絡和其信息網絡中添入DDE 技術

在控制網絡和信息網絡中具有共享存儲器工作時，利用動態數據交換 DDE(dynam-ic data exchange)方式體現二者合成。

②控制網絡和信息網絡利用統一的協議標準。

該方式成為控制網絡和信息網絡集成的最優解決方案。

3 結束語

為了更好地組建自動化企業系統，給出現場總線控制網絡模型，對現場總線控制網絡模型與網絡集成進行探究。

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