對工業(yè)以太網(wǎng)在冶金自動(dòng)化系統中的應用進(jìn)行探討

1.工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介

所謂工業(yè)以太同，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標準)兼容，但在產(chǎn)品設計時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)要求。

2.工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1 實(shí)時(shí)性和確定性

隨著(zhù)快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問(wèn)題帶來(lái)了新的鍥機，使這一應用成為可能。首先，以太網(wǎng)的通信速率從10M、100M增大到如今的1000M、10G，在數據吞吐景相同的情況下，通信速率的提高意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的減輕和網(wǎng)絡(luò )傳輸延時(shí)的減小，即網(wǎng)絡(luò )碰撞幾率大大下降。其次。采用星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構代替總線(xiàn)型結構，交換機將網(wǎng)絡(luò )劃分為若干個(gè)網(wǎng)段。以太網(wǎng)交換機由于具有數據存儲、轉發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數據幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞；同時(shí)交換機還可以對網(wǎng)絡(luò )上傳輸的數據進(jìn)行過(guò)濾，使各個(gè)網(wǎng)段內節點(diǎn)問(wèn)數據的傳輸只限在本地網(wǎng)段內進(jìn)行，而不需經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)，也不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )負荷。

再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線(xiàn)(或兩根光纖)上分別同時(shí)接收和發(fā)送報文幀，也不會(huì )發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線(xiàn)器和全雙工通信，同時(shí)網(wǎng)絡(luò )上的沖突域不復存在(全雙工通信)，或碰撞幾率大大降低(半雙工)，因此，以太網(wǎng)通信確定性和實(shí)對性大大提高。

2.2 穩定性和可靠性

以太網(wǎng)進(jìn)入工藝控制領(lǐng)域的另一個(gè)主要問(wèn)題是，它所用的接插件、集線(xiàn)器、交換機和電纜等均是為商業(yè)領(lǐng)域設計的，商用網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品不能應用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境中，因而需要針對較惡劣的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境(如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等)來(lái)設計工業(yè)以太網(wǎng)。

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展。上述問(wèn)題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)領(lǐng)域應用，在極端條件下網(wǎng)絡(luò )也能穩定工作的問(wèn)題，美國Synergetic微系統公司和德國Hirschmann、Jetter AG等公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了機架導軌式集線(xiàn)器、交換機產(chǎn)品，安裝在標準D IN導軌上，并由冗余電源供電，接插件采用牢固的DB29結構?，F在已經(jīng)出現了特別設計用于連接工業(yè)應用中具有以太網(wǎng)絡(luò )接口的工業(yè)設備(如PLC、HM I、DCS系統等)。

此外，在實(shí)際應用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現場(chǎng)設備的連接則可采用屏蔽雙絞線(xiàn)，對于重要的網(wǎng)段還可以采用冗余網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡(luò )的抗干擾能力和可靠性。

3.冶金自動(dòng)化控制系統的體系結構

按照目前流行的自動(dòng)化體系結構，典型的冶金自動(dòng)化系統按功能層次可分為基礎自動(dòng)化系統、過(guò)程控制系統、生產(chǎn)管理控制系統、企業(yè)信息化系統4個(gè)層面。

3.1 基礎自動(dòng)化系統

以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機為代表的計算機控制，是以對現場(chǎng)級設備的控制。在基礎自動(dòng)化系統中，目前南PLC控制仍占主要地位：在冶金流程中，基礎自動(dòng)化控制系統又是關(guān)鍵的部分．它沒(méi)計的好壞直接影響到整個(gè)控制系統。

3.2 過(guò)程控制系統

冶金流程在線(xiàn)連續檢測和監控系統。采用新型傳感器技術(shù)、光機電一體化技術(shù)、軟測量技術(shù)、數據融合和數據處理技術(shù)、冶金環(huán)境下可靠性技術(shù)，以關(guān)鍵工藝參數閉環(huán)控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環(huán)境排放實(shí)時(shí)控制和產(chǎn)品質(zhì)量全面過(guò)程控制為目標。實(shí)現冶金流程在線(xiàn)檢測和監控系統。

3.3 生產(chǎn)管理控制系統

冶金流程的全息集成。實(shí)現鐵一鋼一軋橫向數據集成和相互傳遞，實(shí)現管理→計劃→生產(chǎn)→控制縱向信息集成。同事整合生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據和關(guān)系數據庫為數據倉庫，采用數據挖掘技術(shù)，提供生產(chǎn)管理控制的決策支持。

3.4 企業(yè)信息化系統

企業(yè)信息集成到行業(yè)信息集成。信息化的目的之一是實(shí)現信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業(yè)信息系統的編碼體系標準化、企業(yè)異構數據/信息集成基礎上，進(jìn)一步實(shí)現協(xié)作制造企業(yè)信息集成，全行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )建設及宏觀(guān)捌控信息系統，直軍全球行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )建設及宏觀(guān)調控信息系統。

4.自動(dòng)化控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構和一絡(luò )通訊

4.1 自動(dòng)化控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構

從現場(chǎng)級到生產(chǎn)控制級，再到公司管理層網(wǎng)絡(luò )結構可采用多種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )來(lái)設計，目前用到最多的就是工業(yè)以太網(wǎng)現場(chǎng)級大多采用西門(mén)子的Profibus網(wǎng)絡(luò )，不過(guò)西門(mén)子的Profinet網(wǎng)絡(luò )(是把以太網(wǎng)和Profibus結合于一體)是新開(kāi)發(fā)的一種現場(chǎng)級網(wǎng)絡(luò )．在將來(lái)會(huì )逐步代替Profibus網(wǎng)絡(luò )，而現場(chǎng)級以上的三層控制系統大都采用以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)在自動(dòng)化控制系統中扮演著(zhù)很重要的角色?；A自動(dòng)化系統中的現場(chǎng)級網(wǎng)絡(luò )采用Profibus(使用最為廣泛)或Profinet是目前最流行和實(shí)用的兩種網(wǎng)絡(luò )。但是Profinet網(wǎng)絡(luò )比Profibus網(wǎng)絡(luò )優(yōu)越很多，因為Profinet就是基于以太網(wǎng)的，因此，Profinet是后來(lái)追上。