冶金自動化系統中工業以太網的技術優勢與應用

王曉鳳

摘 要：以太網即互聯網技術，是中國在工業4.0時代抓住機遇，進行產業結構升級的著力點。隨著工業用以太網技術的革新，冶煉技術朝向信息數字化發展。通過對冶金系統進行信息化改造，金屬冶煉技術已經結合以太網絡技術，完成數字化控制平臺的搭建，并能夠實現無人自動化控制。本文將深入研究工業以太網在冶金自動化系統中的運作方式，分析工業以太網在金屬冶煉領域中的使用情況，展望冶金工業信息化進程的發展方向。

關鍵詞：金屬冶煉；冶金自動化；工業以太網；工業4.0

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.024

0 前言

冶金工業正在經歷轉型時期，工業4.0時代需要傳統工業拋棄舊有的產業模式，全方位的進行產業結構和產業技術的升級。工業用以太網正是產生于這一背景之下，隨著網路信息化技術的日趨成熟和發展，冶金行業也全面進行數字化和自動化的改造。通過接入工業以太網，冶金自動化系統運行計算機搭載的軟件，能夠對金屬冶煉過程實現全程實時自動化控制。冶金自動化系統通過接入TCP協議傳輸控制信息，利用以太網完成對冶煉設備的指令發送，TCP/IP協議時在冶金自動化系統中廣泛使用的互聯網協議。

1 冶金自動化系統中TCP/IP協議的應用

1.1 冶金系統中TCP/IP協議運行方式

冶金自動化系統中接入的TCP/IP以太網，符合國際上制定的互聯網最新標準。冶金自動化系統由設備端、操控端、信息反饋設施三部分組成。設備端、操控端、信息反饋端三者呈層級組合態勢，信息可以自由在三者之間多向傳輸。冶金自動化系統通過接入以太網，提高生產效率，同時極大的降低了設備運行維護所需要的費用。網絡設備的接入，使得自動化系統具有了進行自我診斷以及檢測的能力，降低了設備裝配過程的復雜程度，減少了接線數量過多帶來的維護與安裝問題[1]。

1.2 冶金系統接入以太網案例分析

冶金自動化系統已經廣泛應用于現代鋼鐵或金屬制造企業，下文將介紹一個冶金自動化系統應用工業以太網的實際案例。上世紀九十年代初期，美國的容克萊爾高強度鋼鐵制造公司，就已經使用了羅可威爾自動化控制器制造公司設計的冶金自動化控制系統PMD-6/50控制系統。隨著生產需求的增加，原有的自動化控制其處理網絡傳輸的信息能力，已無法高校處理控制信號，之前使用的DH+萬羅傳輸速率已經無法與生產速度適配，導致自動控制系統故障頻發，并引起事故。為了提高冶金工程生產效率，避免網絡信號傳輸速度影響冶金自動控制系統，需要接入工業以太網，以保證冶金自動化控制系統的穩定。所以，容克萊爾高強度鋼鐵制造公司升級了1788-N50E/G型以太網遠程適配器，能夠在更短時間內處理更多數量的信息[2]。

2 工業以太網特性和工作原理

2.1 工業以太網工作原理

工業生產中的以太網接入方式不同于平常民用互聯網技術，工業以太網需要更高的傳輸速度、更低的故障率、更強的抗干擾能力，還需要具備便于維修，方便操作的特點。工業以太網的接入標準和檢查方法涵蓋民用互聯網的協議和標準，同時有根據工業生產的特點進行了調整。

工業以太網能夠在短時間內傳輸大量的數據，為保障數據傳輸過程不被干擾，使得冶金自動控制系統的運行能夠更為高效，需要對自動控制系統接入工業以太網絡，不僅需要加強信息數據的傳輸速率，還需要保證自動指令集的失真率維持在可接受的范圍內，通過因特網結點對自動化系統的工作進行分配，能夠使速冶金設備實現自動控制。

工業以太網通過使用ISO/OSI通信模型，在其數據鏈的路層及物理層中對相關技術規范加以反映，工業以太網也接入了TCP/IP協議，通過兩種以太網技術協議的結合，可以使原始的低速現場的總線應用層協議有機結合，組成了具有強大功能的工業以太網專用協議[3]。

2.2 工業以太網特性

工業以太網技術傳輸信息的過程體現出及時性與真實性的特點，目前工業以太網的傳輸速率最低也能達到1Gb/s，最快可以達到10Gb/s。處理同樣數量的數據和信息，通過提高傳遞信息的速度，在很大程度上減輕了自動控制系統的信息冗余。工業以太網使用交換機作為傳輸中介，信息數據可以儲存在交換機中，在需要的時候提取轉發，交換機的使用可以過濾重復數據，排除錯誤信息，保證了工藝以太網的主傳輸網絡的暢通。交換機使冗余錯誤數據不需要經過主要傳輸線路，審核網絡中節點的數據傳送，使工業以太網具有極高的傳輸速率，能降低信息傳輸過程中的延遲情況，極大地減少網絡傳過程中發生的信息碰撞概率[4]。

冶金自動化系統使用工業以太網能夠加強控制系統的可靠性和穩定性。工業以太網能夠控制生產過程中涉及到的所有設備。金屬冶煉制造在高溫、高壓的環境下進行，通過工業以太網對工業自動化控制系統進行調整，是生產的安全和高效的有力保障。

3 冶金自動化系統接入工業以太網的技術優勢

工業以太網實際應用于金屬冶煉制造的生產過程情況表明，工業以太網控制下的冶金自動控制系統運行平穩，工業以太網以10Gb/s的傳速速率傳遞控制指令，幾乎不可能出現冶金自動系統誤動的情況。通過對冶金自動化系統接入工業以太網，是控制流程更為流暢迅速，改善了傳統控制信號輸送模式下的故障。

4 結論

冶金自動控制系統的信息化升級改造，需要搭建高速度的工業以太網。工業以太網的數據傳輸標準，能完美適配冶金制造業控制信號的傳輸強度。工業以太網運行穩定，操作性強，傳輸信息速度快，能夠極大的提升金屬冶煉過程的安全性和效率。繼續建設冶金自動化系統的工業以太網絡，是工業4.0時代產業升級的必然要求。

參考文獻：

[1]袁振華.現場總線技術及工業以太網在多節點控制系統中的研究與應用[D].上海交通大學，2011.

[2]張金澤.基于CANopen的EtherMAC實時以太網應用層及網關研究[D].山東大學，2012.

[3]卓杰.基于Powerlink的熱網監控系統設計與實現[D].內蒙古科技大學，2014.

[4]鄧煥明.安全實時工業以太網研究[D].華中科技大學，2012.

[5]張曉峰.冶金自動化系統中多網絡協同控制技術應用分析[J].計算機光盤軟件與應用，2015，03（23）：306+308.