工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統集成的設計與開(kāi)發(fā)

1引言

上業(yè)控制技術(shù)作為信息技術(shù)的重要應用領(lǐng)域，在信息技術(shù)的帶動(dòng)下迅速發(fā)展。上業(yè)控制系統從簡(jiǎn)單的信號反饋控制、計算機控制技術(shù)發(fā)展到以信息網(wǎng)絡(luò )為依托，以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎的現代網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)。網(wǎng)絡(luò )控制系統中所有設備通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò )連接在一起，形成了一個(gè)有機的整體。以信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎的現代網(wǎng)絡(luò )控制系統，不僅為上業(yè)控制系統提供了基本結構，也為各種現代控制理論在上業(yè)控制系統的應用提供了基本條件。

Internet和網(wǎng)絡(luò )計算技術(shù)的出現和實(shí)施，為上業(yè)控制系統提供了新的發(fā)展空間，提供了新的技術(shù)支持。網(wǎng)絡(luò )控制在Internet技術(shù)的支持下，從高成本復雜系統變成了低成本控制系統。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現在和將來(lái)TI'產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)課題，也是上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統集成的意義和發(fā)展方向。

場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段、普通局域網(wǎng)段和)‘一域網(wǎng)段三個(gè)層次。其中，現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段用于上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的底層兩級中的總線(xiàn)和控制設備間的通信。

從典型的上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統集成的體系結構及其集成原理的角度出發(fā)，將其分為兩部分來(lái)考慮，即Lt11與上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成以及上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與Internet之間的集成。
本文將對其原理與集成方法加以介紹。

2. 1 LAN與上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成

LAN與上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成，實(shí)質(zhì)是現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段與LAN之間的集成。

2.1.1運用OPC實(shí)現Lt11與上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成

在對本系統進(jìn)一步完善前(2003年以前)，我們運用OPC實(shí)現其之間的集成。

OPC( OLE for Process Control)指用于過(guò)程控制的對象鏈接與嵌入(OLE)技術(shù)，或者說(shuō)是對象鏈接與嵌入技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應用擴展。OPC建立OLE( object linking and embedding)規范之上，它為上業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標準的數據訪(fǎng)問(wèn)機制。而OPC是靠OPC服務(wù)器(包括OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器、OPC歷史數據服務(wù)器等)來(lái)實(shí)現的，這個(gè)服務(wù)器對下層現煩設備提供標準的接口，使得現場(chǎng)設備的各種信息能夠進(jìn)辦OPC服務(wù)器，從而實(shí)現向下4_聯(lián)(如圖1①②③}

圖1左上部分亙表示數據庫通過(guò)OPC歷史數據服劣器與LAN網(wǎng)段進(jìn)行數據交換。

圖1右下部分歐現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段層的ProfiBus控制網(wǎng)異部分)表示了OPC服務(wù)器充當現場(chǎng)設備接口時(shí)的連接劣系。當它作為下層現場(chǎng)設備的標準接口時(shí)，它代替傳統午"I/0驅動(dòng)器”來(lái)完成與現場(chǎng)設備的通信。OPC服務(wù)器與" I/0驅動(dòng)器”的不同之處卞要在于它向客戶(hù)端(即需要訪(fǎng)位OPC數據源的客戶(hù)應用程序)提供了一套標準的OLE括口。通過(guò)這些統一接口，所有客戶(hù)應用(包括企業(yè)管理層}`高級客戶(hù)應用)都可以采用一致的方式來(lái)與現場(chǎng)設備通信。

這里，用WEVAC基本型作為OPC Server,與所有能作丈OPC Client端的應用軟件進(jìn)行數據交換[al。 從數據傳輸的角度來(lái)講，OPC服務(wù)器實(shí)際上就是一個(gè)I/ 0驅動(dòng)器，它一方而提供與數據供應方(包括硬件和軟件)的通信，另一方而又將來(lái)自數據供應方的數據通過(guò)標準OPC接口“暴露’，給數據調用方，數據調用方充當了OPC客戶(hù)(OPCClient)角色。

OPC服務(wù)器還向上層的應用程序提供標準接口，使上層的應用程序(如VB和VC應用程序)能夠取到OPC服務(wù)器中的數據，從而實(shí)現向上4_聯(lián)。值得一提的是，OPC服務(wù)器不僅可以用于硬件設備與系統軟件之間的通信同時(shí)還可以用于各個(gè)軟件應用程序之間的通信。只要每個(gè)應用程序都給其他應用提供一個(gè)標準的OPC接口，它們之間的數據交換就不再是個(gè)棘手的問(wèn)題。

OPC規范提供了兩套接口方案，即COM和OLE自動(dòng)化接口。COM接口效率高，通過(guò)該接口，客戶(hù)能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能，采用C+ +語(yǔ)A的客戶(hù)一般采用COM接口方案;自動(dòng)化接口使解釋性語(yǔ)A和宏語(yǔ)A客戶(hù)應用程序變得簡(jiǎn)單，令用這些語(yǔ)A訪(fǎng)問(wèn)OPC服務(wù)器成為可能。采用VB語(yǔ)A的客戶(hù)一般采用自動(dòng)化接口。

基于上述的特點(diǎn)，OPC技術(shù)為不同的現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )間提供了一個(gè)通用的I/ O接口。不同類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)可以通過(guò)運用OPC技術(shù)，間接地實(shí)現信息的交4-。而在上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )實(shí)用中，這確實(shí)也是現今解決因8種現場(chǎng)總線(xiàn)標準不同而造成總線(xiàn)勺_操作極其困難的較佳方法之一，因而，這就使上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統橫向和縱向集成的實(shí)現變得簡(jiǎn)單。(如圖1了l下部分助

同時(shí)，還需要指出，本系統在Lt11網(wǎng)段中的中間設備是通過(guò)DOOM( Distributed Component Object Model)技術(shù)實(shí)現其連通性的。DOOM網(wǎng)絡(luò )由服務(wù)器和客戶(hù)機組成。

2. 1. 2運用PROFINET實(shí)現LAN與上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的集成

在對本系統控制網(wǎng)絡(luò )應用系統進(jìn)一步完善時(shí)，我們對部分新加入的組件，也嘗試了這些方案—PROFINEI'方案(如圖1中國h示)。

PROFINET采用標準TCP/ IP以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用標準TCP/ UDP/ IP協(xié)議加上應用層的RPC/DOOM來(lái)完成N點(diǎn)之間的通信和網(wǎng)絡(luò )尋址。它可以同時(shí)掛接傳統PROFIBUS系統和新型的智能現場(chǎng)設備[‘一3J?，F有的PROFIBUS網(wǎng)段可以通過(guò)一個(gè)代理設備(PROXY)連接到PROFINET網(wǎng)絡(luò )當中(如圖1中國h示)。

PROFINET方案易于實(shí)現整個(gè)上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統橫向與縱向的網(wǎng)絡(luò )集成:PROFINET基于TCP/ IP，能將上廠(chǎng)的商務(wù)網(wǎng)、車(chē)間制造網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)級的儀表、設備網(wǎng)絡(luò )構成透明網(wǎng)絡(luò )，并易于與WPh功能相結合。但是，PROFINET方案技術(shù)尚未經(jīng)過(guò)民時(shí)間的實(shí)踐檢驗，技術(shù)也并非完善，如實(shí)時(shí)性問(wèn)題，滿(mǎn)足現場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題尚需要得到更好的解決。

用發(fā)展的眼光看，各現場(chǎng)總線(xiàn)捆綁以太網(wǎng)是技術(shù)進(jìn)步與適應巾場(chǎng)的趨勢。而對于本課題—上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )應用系統集成而A其意義在于應用以太網(wǎng)技術(shù)讓橫向、縱向的信息集成與交換變得更簡(jiǎn)單與方便。

2. 2上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與IntPrnPt之間的集成

上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與IntPrnPt之間的集成可以有兩種方式:

(1)上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )(這里是FCS)通過(guò)企業(yè)網(wǎng)間接和Internet集成;(2)上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )(這里是FCS)直接和Internet集成。在本系統中，用后一種方式。

出于安全性以及可行性考慮，系統的設計采用網(wǎng)絡(luò )勺_聯(lián)技術(shù)，運用網(wǎng)關(guān)，實(shí)現上業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與Internet集成(如圖1的

通過(guò)配置以下兒項，可以執行一項服務(wù)(這里，服務(wù)被看作一次請求)。

( 1)需要監測或者控制的OPC group/ items(包括實(shí)時(shí)數據和歷史數據)。
( 2)用戶(hù)細}u
( 3)每個(gè)服務(wù)器指定的介紹格式以及報告類(lèi)型。

WG的詳細結構請參考圖20

3結語(yǔ)

隨著(zhù)Internet的迅猛發(fā)展，TCP/ IP的簡(jiǎn)單實(shí)用已為)‘一大用戶(hù)所接受，以太網(wǎng)技術(shù)已成為現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展的新殼點(diǎn)，各利‘現場(chǎng)總線(xiàn)都在致力于與以太網(wǎng)技術(shù)的結合。以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深入到控制網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域這一發(fā)展趨勢無(wú)疑有利于企業(yè)信息系統的層次簡(jiǎn)化，以及橫向、縱向的信息集成與交換，也有利于進(jìn)一步降低系統成本。

同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )控制在Internet技術(shù)的支持下，已從高成本復雜系統變成了低成本控制系統?？梢詳嘌?，控制系統網(wǎng)絡(luò )化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現在和將來(lái)IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)課題。