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工業(yè)Ethernet在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用
摘要：為實(shí)現(xiàn)企業(yè)ERP、MES、PCS三層信息一體化的集成以及不同總線產(chǎn)品之間的信息互連、互換、互操作和統(tǒng)一組態(tài)，提出了將工業(yè)Ethernet技術(shù)融合到FCS的觀點(diǎn)，并將其成功實(shí)施應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)現(xiàn)了工廠信息自動(dòng)化。闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)計(jì)技巧。
關(guān)鍵詞：工業(yè)Ethernet 控制 FCS 系統(tǒng)集成 工廠信息自動(dòng)化
隨著現(xiàn)代工廠信息自動(dòng)化進(jìn)程的加快，企業(yè)逐漸將管理、決策、市場(chǎng)信息和現(xiàn)場(chǎng)控制信息結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源規(guī)劃ERP（Enterprise Resource Planning）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution system）、生產(chǎn)控制系統(tǒng)PCS（Process Control System）三層信息一體化的解決方案。在PCS設(shè)計(jì)過程中，通常采用的是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）。但由于現(xiàn)場(chǎng)總線相互之間兼容性差、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備的種類繁多，導(dǎo)致不同的總線產(chǎn)品之間無法實(shí)現(xiàn)互連、互換、統(tǒng)一組態(tài)及互操作；而Ethernet具有通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟、帶寬迅速增加等特性。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)中，將價(jià)廉物美的Ethernet設(shè)備應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)已成為必然趨勢(shì)。本文將闡述利用工業(yè)Ethernet技術(shù)和FCS融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠信息自動(dòng)化的案例。
1 工業(yè)Ethernet技術(shù)及其在工業(yè)中應(yīng)用的改進(jìn)[3～4]
現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)要求具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。而Ethernet由于采用的是CSMA/CD協(xié)議，使其天生缺乏確定性（Determinism）和魯棒性（Robustness），必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)方可應(yīng)用。
（1）將傳統(tǒng)的總線式結(jié)構(gòu)改為星形連接結(jié)構(gòu)，并為連接在端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)立的帶寬，使連接在同一交換機(jī)的不同節(jié)點(diǎn)之間不存在資源爭(zhēng)奪，降低總線上數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞的次數(shù)，增加系統(tǒng)的確定性；
（2）采用數(shù)據(jù)交換技術(shù)，以提供數(shù)據(jù)緩沖、提高數(shù)據(jù)網(wǎng)段的智能，降低數(shù)據(jù)沖撞和重發(fā)概率；
（3）采用TCP/IP協(xié)議，確保數(shù)據(jù)安全可靠到達(dá)接收方。在網(wǎng)絡(luò)鏈路層中所有硬件對(duì)TCP/IP的應(yīng)用是透明的，TCP為傳輸控制協(xié)議，而IP為網(wǎng)際協(xié)議。TCP/IP為數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的、面向連接的通信，它位于ISO/OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)信息拆分為固定格式的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包按一定的路徑傳輸?shù)降慕邮辗剑缓笤诮邮辗綄?shù)據(jù)包分解并重新組合成原始的數(shù)據(jù)信息。
（4）提高Ethernet通信速率，以進(jìn)一步增強(qiáng)其確定性。通信速率的提高意味著在相同的通信量的條件下網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕，而網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕又意味著網(wǎng)絡(luò)確定性的提高。目前，100M甚至1000M的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)已在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)中普遍應(yīng)用，100
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