工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的運(yùn)用及其發(fā)展趨勢

肖 宇（昆山技術(shù)市場，江蘇 昆山 215301）

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工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的運(yùn)用及其發(fā)展趨勢

肖 宇
（昆山技術(shù)市場，江蘇 昆山 215301）

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)得到了廣泛的普及，同時在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展的工業(yè)自動化系統(tǒng)也得到了廣泛的研究與應(yīng)用，從而大大促進(jìn)了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展。由于工業(yè)自動化系統(tǒng)的控制是基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計術(shù)進(jìn)行的，因此，研究工業(yè)以太網(wǎng)時，必須進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究。本文通過研究工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)，分析其在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，來預(yù)測工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢，推動我國的工業(yè)自動化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；工業(yè)自動控制化系統(tǒng)；應(yīng)用；發(fā)展

0　引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的精密儀器出現(xiàn)在人們的生活中。精密儀器的精度與工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，因此對工業(yè)生產(chǎn)控制自動化的要求也逐漸提高。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為工業(yè)發(fā)展的一部分，它的發(fā)展也逐漸推動了工業(yè)自動化的發(fā)展。目前，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)脫離傳統(tǒng)的控制生產(chǎn)方法，逐漸向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測方向發(fā)展。因此工業(yè)以太網(wǎng)逐漸使用到工業(yè)自動化系統(tǒng)中，本文通過闡述工業(yè)以太網(wǎng)在現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析其優(yōu)點(diǎn)與不足。研究研究工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢，為推動工業(yè)以太網(wǎng)的進(jìn)一步應(yīng)用提供可行建議。

1　工業(yè)以太網(wǎng)概述及其設(shè)計

以太網(wǎng)是一種方便快捷，使用廣泛的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不斷的研究，當(dāng)前的以太網(wǎng)的開放性良好，使用人員眾多，而且相應(yīng)信息資源豐富，因此得到了廣泛的使用。由于以太網(wǎng)的發(fā)展前景巨大、價格低廉，因此逐漸被引入到工業(yè)系統(tǒng)中。形成了工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以直接控制工業(yè)生產(chǎn)的整個流程，同時監(jiān)測產(chǎn)品信息并將信息傳遞出去，進(jìn)行相應(yīng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換。當(dāng)前主要使用的是基于基于IEEE803.2（Ethernet）結(jié)構(gòu)運(yùn)行的以太網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)不僅可以無縫連接，同時可以將企業(yè)的信息與全球的信息聯(lián)合起來，形成一個信息完善的管理系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)就是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，使其連接進(jìn)入相應(yīng)的商業(yè)信息。使其滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)的需求，是一種典型的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［1］。

工業(yè)以太網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩個方面，一是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計，另一個是系統(tǒng)組網(wǎng)的設(shè)計。工業(yè)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響整個工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的性能，因此如何選取拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要進(jìn)行合理的分析。在選取拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，需要先對相關(guān)的控制對象以及控制要求進(jìn)行分析。在傳統(tǒng)的電氣自動化控制系統(tǒng)中，由于控制系統(tǒng)往往需要多個設(shè)備配合，因此控制的可靠性及穩(wěn)定性較差。當(dāng)前的工業(yè)以太網(wǎng)在結(jié)合使用特點(diǎn)與需求后，大多選取環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而使得運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性大大增加。而對于系統(tǒng)組網(wǎng)的設(shè)計，則主要是為了提高以太網(wǎng)的控制性能。

2　工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的運(yùn)用

2.1混合 Ethernet/Fieldbus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

混合Ethernet/Fieldbus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是當(dāng)前主要的使用形式。它可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息與結(jié)構(gòu)的相互融合。隨著對工業(yè)自動化控制性能的需求的提高，以太網(wǎng)正逐漸向現(xiàn)場控制方向發(fā)展。但是在過去的工業(yè)生產(chǎn)中，以太網(wǎng)并不是使用于控制領(lǐng)域內(nèi)的，因此在結(jié)構(gòu)、功能以及數(shù)據(jù)方面并不成熟。然而通過使用現(xiàn)場總線技術(shù)，可以完美的實(shí)現(xiàn)當(dāng)代企業(yè)的自動化控制生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)真正的全局控制。因此，許多自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)一般會在信息層采用以太網(wǎng)系統(tǒng)，而在底層系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線，通過兩者的相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動化控制［2］。

2.2專用工業(yè)以太控制網(wǎng)絡(luò)

盡管工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)十分普及，并逐漸在工業(yè)自動化生產(chǎn)中占有一席之地。然而它仍然存在比較多的缺陷。目前工業(yè)以太網(wǎng)的研究主要集中在如何實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制上。當(dāng)前的自動化控制系統(tǒng)技術(shù)融合了現(xiàn)場總線技術(shù)和全球一體化管理技術(shù)的特點(diǎn)，因此具有廣泛的兼容性能，可以取代當(dāng)前的底層現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，從而使工業(yè)以太網(wǎng)控制于系統(tǒng)的每一個階層，這種專用工業(yè)以太控制網(wǎng)絡(luò)能夠較好的實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的監(jiān)測，同時也實(shí)現(xiàn)了辦公自動化與工業(yè)自動化系統(tǒng)的無縫連接［3］。

2.3基于Web的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺

基于Web的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺是工業(yè)以太網(wǎng)的另一種使用方式，在近幾年得到了廣泛的使用，它是通過將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備相互連接，使得生產(chǎn)信息能夠較好的傳遞，同時也可完好的監(jiān)測與保存產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。管理人員通過查詢相應(yīng)的控制信息，就可以分析生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障，從而做出及時的維護(hù)。這種方法一般通過單獨(dú)的以太網(wǎng)控制系統(tǒng)來控制，從而實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)現(xiàn)場的控制［4］。

3　 工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與展望

目前，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用范圍最為廣泛的類型主要有六種，分別為Ethernet/IP以太網(wǎng)；Modbus-IDA以太網(wǎng)；PROFINET以太網(wǎng)；Ethert PowerLink以太網(wǎng)；EtherCAT以太網(wǎng)以及EPA以太網(wǎng)。盡管這六種工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對而言比較完善，但是由于以太網(wǎng)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制度，因此在發(fā)展過程中仍存在許多的問題。因此在未來的工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展中，應(yīng)該提出一個以太網(wǎng)的通用的應(yīng)用層工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，當(dāng)前的以太網(wǎng)缺乏實(shí)時性和可靠性，而且由于應(yīng)用層的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺少，將大大降低設(shè)備的實(shí)際操作性能。相應(yīng)的也會帶來安全性問題。隨著工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展和普及，以太網(wǎng)的發(fā)展會逐漸朝向多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)方向。從而彌補(bǔ)工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展缺陷。

4　結(jié)語

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它的出現(xiàn)使得工業(yè)控制技術(shù)得到了新的發(fā)展。盡管工業(yè)以太網(wǎng)大大加快工業(yè)自動化系統(tǒng)的發(fā)展，但是在當(dāng)前的使用中，由于工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在的部分局限性，因此還不能完全使用于所有的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中。而且由于工業(yè)以太網(wǎng)缺乏相應(yīng)的通用應(yīng)用層工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其功能也受到一定的影響。但是隨著我們對工業(yè)以太網(wǎng)研究的不斷深入，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用將逐步成熟，其應(yīng)用前景及發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹６I(yè)以太網(wǎng)的成熟應(yīng)用，將大大加速我國的自動控制化發(fā)展，推動我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳愛國，梁 瑾，金文.工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.信息與控制，2013（05）：459-461 .

［2］顧洪軍.工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2002.

［3］夏鋒，孫優(yōu)賢.工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用性能分析［J］.電氣自動化，2014，（02）：40-43.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.006