工業以太網在企業自動化控制中應用

商艷國

（唐山三友集團興達化纖有限公司，河北 唐山 063305）

前言

我們知道，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠新設備、新工藝以及計算機的應用就開始了對傳統工業進行了改造，使工業得到突飛猛進地發展。而到了20世紀末，世界上最大的變化就是全球市場的蔚然形成，出現了全球市場的同質化競爭，促使著眾多企業從根本上調整自己的發展思路和經驗管理模式，出現了網絡信息化在工業生產中的應用。

然而隨著科技技術的不斷發展，計算機控制系統的發展在經歷了基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統（DCS）后，將朝著現場總線控制系統（FCS）的方向發展。但我們可以肯定的是，結合DCS、FCS的日益發展，不斷延伸出的工業以太網將日益發揮出強大的生命力。文章結合筆者多年來的工作經驗，結合當前的形式，著重闡述了工業以太網在工業領域中的應用、發展和一些思考。

1.工業以太網綜述

工業以太網它是基于IEEE 802.3(Ethernet)的強大的區域和單元網絡。利用工業以太網，SIMATIC NET提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑，它廣泛應用于生產和過程自動化。這種信息網絡作為一種靈活、方便、可靠的數據傳輸方式，在工業現場得到了越來越多的應用，并將在控制領域中占有更加重要的地位。我們通過接入WAN(廣域網)可實現公司與公司之間的通訊。基于這些，筆者總結了工業以太網的一些特點，具體如下：

1.1 應用廣泛。工業以太網是應用最為廣泛的網絡技術，幾乎所有的編程語言如Visual C＋＋、Java、VisualBasic等都支持以太網的應用開發。

1.2 可持續發展潛力大。工業以太網的引人將為控制系統的后續發展提供可能性，用戶在技術升級方面無需獨自的研究投人，對于這一點，任何現有的現場總線技術都是無法比擬的。1.3資源共享能力強。隨著Internet/Intranet的發展，以太網已滲透到各個角落，網絡上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯人互聯網的任何一臺計算機上就能瀏覽工業控制現場的數據，實現"控管一體化"，這是其他任何一種現場總線都無法比擬的。

1.4 通信速率。現在10、100 Mb/s的快速以太網已開始廣泛應用，1Gb/s以太網技術也逐漸成熟，而傳統的現場總線最高速率只有12Mb/s（如西門子Profibus-DP）。顯然，以太網的速率要比傳統現場總線要快的多，完全可以滿足工業控制網絡不斷增長的帶寬要求。

2.工業以太網在企業控制領域中應用

事實上，工業以太網與現場總線相比，它能提供一個開放的標準，是工業企業從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，它有效解決了由于協議上的不同導致的"自動化孤島"問題，但從目前的發展看，筆者認為，工業以太網在控制領域的應用主要體現在：

2.1 基于Web的網絡監控平臺的應用

嵌人式以太網是最近網絡應用熱點，是通過Internet使所有連接網絡的設備彼此互通，從計算機、PDA、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業內部，可以利用企業信息網絡，進行工廠實時運行數據的發布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現場工況進行實時遠程監控、遠程設備調試和遠程設備故障診斷和處理。實現的最簡單辦法就是采用獨立的以太網控制器，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-4.85接口的現場設備。以太網控制器在這里扮演了通用計算機網絡和現場各類設備之間的一個橋梁。

2.2 工業以太網混合EtherNet/Fieldbus網絡結構使用

筆者認為，這種結構實際上就是信息網絡和控制網絡的一種典型的集成形式。隨著科技的發展，需求的增大，以太網正在逐步向現場設備級深入發展，并盡可能的和其他網絡形式走向融合，但以太網和TCP/IP原本不是面向控制領域的，在體系結構、協議規則等諸多方面并不成熟，而現場總線能完全滿足現代企業對底層控制網絡的基本要求，實現真正的全分布式系統。因此，在目前的企業信息層采用以太網，而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的信息交換。

2.3 工業以太網在工業現場設備間的通信應用

時下，隨著以太網通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的逐步發展，為以太網的通信確定性的解決提供了技術基礎，從而消除了以太網直接應用于工業現場設備間通信的主要障礙，為以太網直接應用于工業現場設備間通信提供了技術可能。在這種情況下，筆者呼吁需要有關部門重點研究以太網技術的應用，主要在于工業控制現場設備間通信的關鍵技術。

目前，工業以太網在市場占有率可高達80%，以太網毫無疑問是當今LAN(局域網)領域中首屈一指的網絡。以太網優越的性能，筆者認為，它可以為企業應用帶來巨大的利益；可以通過簡單的連接方式快速裝配；通過不斷的開發提供持續的兼容性，保證投資的安全。

3.工業以太網在企業控制領域中發展前景

目前，工業以太網已經滲透到了控制層和設備層，在很多的PLC和遠程I/O供應商都能提供支持TCP/IP的以太網接口的產品。以太網之所以給自動化市場帶來發展潛力，筆者認為主要有以下幾個原因：（1）低成本的刺激和速度的提高；（2）現代企業對實時生產信息有越來越多的要求；（3）以太網的開放性和兼容性。

同時，工業以太網和Internet技術的發展將完全改變傳統工業企業的網絡架構。工業以太網已經從信息層向下延伸到控制層和設備層采用以太網架構以后，控制器的位置也可以突破傳統網絡架構的限制，可以位于現場，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至遠程I/O支持以太網的功能越來越強，在有些控制器和遠程I/O模塊中已經集成了Web服務器，從而允許信息層的用戶也可以和控制層的用戶一樣直接獲取控制器和遠程I/O模塊中的當前狀態值。采用以太網架構和開放的軟件系統的制造企業也被稱為"透明工廠"。

此外，通過Internet可以實現對工業生產過程的實時遠程監控，將實時生產數據與ERP系統以及實時的用戶需求結合起來，使生產不只是面向定單的生產，而是直接面向機會和市場的"電子制造"，從而使企業能夠適應經濟全球化的要求。

4.總結

在我國，工業信息化是指在工業生產、管理、經營過程中，通過信息基礎設施，在集成平臺上，實現信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。但是由于大力發展工業自動化是加快傳統產業改造提升、提高企業整體素質等的有效途徑和手段，國家將繼續通過實施一系列工業過程自動化高技術產業化專項，用信息化帶動工業化，推動工業自動化技術的進一步發展，加強技術創新，實現產業化，解決國民經濟發展面臨的深層問題，進一步提高國民經濟整體素質和綜合國力，實現跨越式發展。

從上述闡述中，我們可以得出這樣的結論：工業自動化的發展趨勢應該是分布式、開放化和信息化。分布式的結構是一種能確保網絡中每個智能的模塊能夠獨立的工作的網絡，達到系統危險分散的概念；開放化則是系統結構具有與外界的接口，實現系統與外界網絡的連接。基于以太網技術的自動化具有低成本和開放性，可以實現遠程控制，易于與管理結合，實現管控一體化。

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