冶金自動化控制系統中工業以太網的應用探究

宋甜

[摘? ? 要]隨著我國改革開放的不斷發展，我國的經濟實力不斷增強，同時，由于持續的科技創新和發展，企業之間的競爭逐漸轉變為信息技術競爭。換一種說法，如今的信息技術能夠覆蓋到每一個行業當中，尤其是在冶金自動化的控制系統中，為了獲得信息競爭的勝利，有必要建立好工業以太網。在本篇，文章主要針對我國現在的冶金自動化的發展現狀，對工業以太網，對于冶金自動化控制系統的體系結構以及網絡通訊、網格結構等進行分別探討，希望能夠為我國的冶金自動化做出一點自己的貢獻，推進企業信息化的逐步發展。

[關鍵詞]冶金自動化;工業以太網;控制系統;應用探究

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–0–02

Application of Industrial Ethernet in Metallurgical Automation Control System

Song Tian

[Abstract]With the continuous development of China's reform and opening up， China's economic strength develops rapidly. At the same time， due to the continuous scientific and technological innovation and development， the competition between enterprises gradually turns into information technology competition. In other words， today's information technology can cover every industry， especially in the control system of metallurgical automation. In order to win the information competition， it is necessary to establish industrial Ethernet. In this article， the author is mainly for the development status of metallurgical automation in China， discusses the industrial Ethernet， and discusses the architecture of metallurgical automation control system， network communication and grid structure， hoping to make some contribution to the metallurgical automation in China and promote the continuous progress of enterprise informatization.

[Keywords]metallurgical automation; industrial ethernet; control system; application research

對于工業生產控制系統，網格是其“中樞神經”，將現場能夠支持網絡的相關設備進行有效連接，然后進行數據的互相傳送，以此達到對于工業生產的有效控制。在現在的計算機網絡中得到廣泛應用的當屬以太網。這其中首要原因在于它得到了厚實的技術支撐，已經是目前發展階段的網絡通訊行業的標準，也是因為我們對于以太網的相關技術的應用較為嫻熟，所以可一定程度降低對于它的系統開發，節約一定的培訓成本和不必要的花費;除此之外，還是因為以太網本身的優勢，能夠滿足較高的通訊速率，因此可以結合以太網所具有的優勢，與PLC控制器進行有效合作，推進建設全分散、全開放的控制系統。隨著工業系統的不斷發展，在不同種類型的網絡中，工業以太網愈來愈重要，更是將其他類型的網絡進行一一取代，成為現階段自動化控制系統的核心網絡，它的質量與系統的穩定性有著直接關系，同時還能夠影響到我國工業生產的速度，影響到企業的最終效益。

1 工業以太網相關探究

1.1 工業以太網簡單介紹

現在所說的工業以太網，主要說的是在技術上能夠和商用的以太網進行兼容并用，同時在對產品進行設計時，需要把控好材質的選取，明確產品的強度，保證其適用性以及實時性、可靠性和本質安全性等，確保能夠和工業現場所說的要求盡可能達到一致，滿足生產管理的相關需求。

1.2 工業以太網在工業環境中存在的技術難題逐步推進解決

以太網是專門為了信息網絡進行設計的，因此很大程度上忽視了工業環境的要求，尤其是通過利用CSMMCD來達到對共享媒體訪問控制的傳送時間，存有一定程度的不確定性，而且也不存在著優先級，因此不能夠滿足工業系統對于實時性的需求。不過在這么多年的發展中，工業以太網的相關標準和要求也得到了很大的發展，同時在工業環境中存在的難題也漸漸得到有效的解決。具體體現在于以太網的通訊速率不斷提高，它也為我國工業以太網進入控制領域打下了堅實的基礎。

2 冶金自動化控制系統的相關體系結構

2.1 基礎自動化相關系統

當前階段，應用比較廣泛的自動化體系結構是基礎的自動化系統，它是冶金行業中的一個較為典型的冶金自動化系統。在冶金的流程中，基礎自動化系統也是重要且關鍵的組成，能夠直接影響到整個的控制系統。基礎自動化系統主要是將PLC、DCS以及工業控制計算機作為代表的控制模式，以此達到對于現場級的設備實現有效把控。對于該基礎自動化系統來說，還是以PLC作為主要的控制方法。

2.2 過程控制相關系統

冶金的相關流程可以在線進行檢測和監控，同時可以通過利用新型的傳感器的技術以及光電一體化、數據融合、處理等相關技術完善過程控制系統，除此之外，還可以利用關鍵的工藝完成物流的跟蹤，做好能源的平衡控制，實現環境的排放等目標，有效實現冶金流程的在線監測和控制。

2.3 生產管理控制相關系統

生產管理控制系統是冶金相干流程的全息集成。生產管理控制系統能夠幫助推進鐵——鋼——軋橫向相關數據完成整理和相互傳送，同時還能夠促進管理——計劃——生產——控制縱向信息的完成整集。除此之外，還能夠有效整合好生產的實時數據，整理記錄好生產的關系數據，做好生產控制系統的數據倉庫。利用數據的挖掘技術，為生產管理的控制系統提出自己的決策措施。

3 自動化控制系統的網絡結構以及網絡通訊

3.1 自動化系統中的網格結構

在我國冶金自動化控制系統中，存在多種網絡設計用于從現場級到生產控制級，然后再到企業的管理層的網絡結構。根據相關的研究分析，能夠知道在我國發展的當前節點，用到最多的便是工業以太網。在現場級中，得到廣泛應用的是西門子的Profibus網絡，不過現在有態勢表明在未來會有Profinet網絡將其取代，Profinet網絡是將以太網與Profibus進行相互融合的一種現場網絡，而該新網絡也是西門子的。基礎自動化的系統中的很多現場級網絡多是選擇西門子的Profibus又或是Profinet，它們是我們現在階段廣泛流行和實用性較高的兩個網絡。不過我們需要知道的是Profinet網絡本就比Profibus網絡的質量優秀很多，Profinet屬于后起之秀，更是基于以太網所成功建設的。對于現場級以上的相關控制系統選擇的是工業以太網，它們的每一個工業以太網大多是利用的不同結構，譬如環形的結構又或是樹形的結構等。以太網接口的每一個設備都是能夠通過交換機以及集線器、路由器等等進行以太網網絡的連接。除此之外，想要盡可能確保整個系統的網絡可以順暢運行，保證好系統的可靠穩定性，可以選擇環形的網絡進行系統的控制。

3.2 自動化系統的以太網網絡通訊

3.2.1 PLC與PLC之間的以太網網絡通訊

該網絡通訊可以通過舉例西門子的S7-300/400相關系列的PLC。它們可以利用S7通訊又或者S5——兼容通訊，在S5——兼容通訊主要是包括有ISO協議、CP協議和ISO-on-TCP，接下來主要是簡要介紹下我們一般情況下能夠用到的通訊方法，需要用到的硬件：2套S7-300系統還有PC機以及以太網通訊網卡CP1613、連接電纜;需要用到的軟件有STEP 7。通訊方法介紹：

（1）S7通訊。該通訊方法利用STEP 7軟件進行硬件組態以及網絡組態的相關構建，同時做好通訊程序的高效編寫。若是選用雙邊通訊，那么就需要PLC雙方都要做好程序的編寫，S7-300 PLC一般情況下調取選擇的是函數FB12以及函數FB13進行通訊，而S7-400調用是函數SFB12以及SFB13展開通訊，若是選擇的只是單邊的通訊，那么需要在主動方進行程序的編寫，S7-300 PLC選擇調用的是FB14以及FB15展開通訊，與此同時S7-400調用的是函數SFB14以及SFB15。

（2）TCP通訊。該通訊方法利用STEP 7軟件進行硬件組態以及相關網絡組態，同時進行通訊程序的編寫。PLC的雙方都需要進行通訊程序的編寫，而S7-300 PLC調用的是函數FC5以及FC6展開通訊，與此同時S7-400調取選用的是函數FC50以及FC60展開通訊。

（3）ISO通訊。該通訊方法同樣是選擇STEP 7軟件達到硬件的組態以及網絡的組態，同時進行通訊程序的編寫。PLC的雙方都需要做好通訊程序的編寫，在S7-300 PLC中，調取選用的是函數FC5以及FC6達到通訊的編寫，與此同時S7-400調用的是函數FC50以及FC60來達到通訊的要求。

3.2.2 PLC與HMI之間的以太網通訊

PLC與HMI兩者之間存在的通訊種類也有很多。而對于不同的上位機的監控產品可能和PLC的通訊協議有著很大的差異。不過對于很多的監控軟件來說，它們基本都是擁有著同一個共同的標準接口——OPC接口，也是因為這個原因，使得PLC以及HMI兩者之間進行通訊的以太網能夠依靠OPC展開通訊。與此同時，相關的用戶還能夠依靠利用VC以及VB等相關的編程軟件去做一些監控界面的簡單研發，同時和西門子的PLC完成TCP的直接通訊。

（1）OPC通訊。先要了解所需要使用的硬件有：1套S7-300系統以及PC機和以太網通訊網卡CP1613、連接電纜。

所需要用到的軟件有STEP 7、SIMATICNET6.3。

組態構建：通過以太網通訊實現，利用STEP 7軟件展開硬件組態以及網絡組態。在上位機的監控軟件中有效建立OPC相關接口通訊，與此同時還需要構建好外部變量。再利用變量內進行設備連接時需要確定好OPC接口的連接，在相關的變量寄存器內選擇好OPC SCOUT位置以及選擇好相關的變量，以此通過OPC接口達到PLC能夠和上位機的相關監控軟件HMI的有效聯系。

（2）利用VB進行相關程序的編寫，進行西門PLC的TCP/IP通訊聯系，需要用到的硬件有：1套S7-300系統、PC機和普通計算機以太網通訊網卡、連接電纜。

需要用到的軟件：STEP 7和VB。

實現以太網的通訊要求：通過STEP 7軟件達到硬件組態以及網絡組態，同時使用SIMATIC NET展開虛擬PC機的組態。

在PLC一方進行相關程序通訊的編寫時，需要利用S7-300 PLC的調用函數FC5以及FC6展開通訊，而S7-400可以調用的函數為FC50依據FC60來展開相關通訊聯系。在使用HMI一方利用VB進行相關通訊程序編寫時，需要依據Winsock相關控件達到實現的目的。

4 結束語

總而言之，可以知道工業以太網對我國冶金自動化控制系統具有重要地位。在今天看來，我國的冶金自動化是以以太網作為風向標，作為舵手，推進冶金行業的發展。同時還需要促進以太網讓其實用性和相關操作線、安全性能夠達到相應的要求，盡可能滿足不同制造商和客戶的需求。與此同時，以太網本身還具有“一低三高”的優勢，一低在于成本投入低，三高分別是實效、智能以及擴展性高，也正是因為以太網所具有的獨特優勢吸引了大批廠商，同時也能夠看出在未來，我國的冶金自動化系統一定會因為以太網在其中的應用發展地更好，并成為我國經濟發展的一大動力源頭。

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