以太網(wǎng)在自動化中的應(yīng)用.doc

以太網(wǎng)在自動化中的應(yīng)用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引發(fā)了控制領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展將是控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要潮流。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。 一般來講，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可分為3層：信息層、控制層和設(shè)備層(傳感/執(zhí)行層)。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在信息層大都采用以太網(wǎng)，而在控制層和設(shè)備層一般采用不同的現(xiàn)場總線或其他專用網(wǎng)絡(luò)。目前，以太網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設(shè)備層，很多的PLC和遠程I/O供應(yīng)商都能提供支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口的產(chǎn)品。以太網(wǎng)之所以給自動化市場帶來風(fēng)暴式的革命，主要有3個原因：低成本的刺激和速度的提高；現(xiàn)代企業(yè)對實時生產(chǎn)信息有越來越多的要求；以太網(wǎng)的開放性和兼容性。 早期的以太網(wǎng)，多節(jié)點共享同一個傳輸媒體，稱為共享以太網(wǎng)(Shared Ethernet)，節(jié)點間通信采用廣播方式，易發(fā)生沖突。共享以太網(wǎng)用CSMA/CD技術(shù)來避免沖突，即發(fā)送方檢測到?jīng)_突就暫停發(fā)送，隨機延遲一段時間后再重新發(fā)送直到成功。由于延遲時間是隨機的，不能事先知道，因而共享以太網(wǎng)的時間響應(yīng)具有不確定性，不能用于強實時性場合。 交換以太網(wǎng)(Switched Ethernet)的出現(xiàn)克服了這一缺點， 以太網(wǎng)的交換機(Switch)是數(shù)據(jù)鏈路層(ISO/OSI參考模型第二層)的多端口網(wǎng)橋，也可以說是智能分配器。交換機將其管理的網(wǎng)絡(luò)以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分為許多物理上互相隔離而邏輯上互相聯(lián)系的節(jié)點，每一節(jié)點單獨與交換機建立物理連接，在通信的時候交換機會在發(fā)送端口與接受端口間建立一個獨占的全雙工通道，它具有以太網(wǎng)的全部帶寬并避免沖突。 交換以太網(wǎng)在獲得確定性的同時， 傳輸速度也有極大的提高。千兆以太網(wǎng)已普及，10Gb/s的交換以太網(wǎng)正在開發(fā)。當(dāng)以太網(wǎng)用于信息技術(shù)時，應(yīng)用層含有HTTP(超級文本傳輸協(xié)議)、FTP (文件傳輸協(xié)議)、SMTP(簡單電子郵件傳送協(xié)議)和Telnet(遠程登錄)。這些基于TCP/IP的協(xié)議簇已經(jīng)成為工業(yè)界事實上的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，在不同廠商的不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)方面起著關(guān)鍵作用。但當(dāng)以太網(wǎng)用于工業(yè)控制時，體現(xiàn)在應(yīng)用層的是實時通信、用于系統(tǒng)組態(tài)的對象以及工程模型的應(yīng)用協(xié)議。 工業(yè)以太網(wǎng)和Internet技術(shù)的發(fā)展將完全改變傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)從信息層向下延伸到控制層和設(shè)備層采用以太網(wǎng)架構(gòu)以后，控制器的位置也可以突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，可以位于現(xiàn)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(wǎng)的功能越來越強，在有些控制器和遠程I/O模塊中已經(jīng)集成了Web服務(wù)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(dāng)前狀態(tài)值。采用以太網(wǎng)架構(gòu)和開放的軟件系統(tǒng)的制造企業(yè)也被稱為“透明工廠”。 此外，通過Internet可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時遠程監(jiān)控，將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)以及實時的用戶需求結(jié)合起來，使生產(chǎn)不只是面向定單的生產(chǎn)，而是直接面向機會和市場的“電子制造”，從而使企業(yè)能夠適應(yīng)經(jīng)濟全球化的要求。 以太網(wǎng)作為IT產(chǎn)業(yè)的主要通訊骨干，已是眾所皆知的事實，并已大量的應(yīng)用在人類生活息息相關(guān)的信息產(chǎn)業(yè)上。面對這股網(wǎng)絡(luò)化的潮流，身為所有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的工業(yè)自動化系統(tǒng)，也廣泛的應(yīng)用TCP/IP以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通訊界面，并積極發(fā)展更符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與產(chǎn)品，提高系統(tǒng)自動化的能力，從而達到降低成本、提升競爭力的目標(biāo)。 但是,在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的過程里,由于許多傳統(tǒng)的串口設(shè)備未具備聯(lián)網(wǎng)能力,在控制指令與設(shè)備信息的傳遞上,必須要有串行通訊轉(zhuǎn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的方案。而串口通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡單、易用，性價比高，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的理想選擇。現(xiàn)在市場上已出現(xiàn)MOXA的Nport系列串口上網(wǎng)服務(wù)器。 使用MOXA的標(biāo)準(zhǔn)串口驅(qū)動程序，MOXA的串行端口可以被仿真成是遠程的COM端口，不需要更改系統(tǒng)原有使用串行通訊的應(yīng)用軟件或通訊元件。好處在于，有了Windows和Linux/Unix的驅(qū)動程序支持，Nport 家族 可以立即讓串口設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)的能力。Nport 家族 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器包含完整的TCP/IP協(xié)議。它可以把串口數(shù)據(jù)包裝成TCP封包，并轉(zhuǎn)換成可以在Ethernet上傳送的Frame，傳送到主機的以太網(wǎng)卡上。主機以自己的TCP/IP協(xié)議解封包后，應(yīng)用程序可以接收到完整的串口數(shù)據(jù)。 通過Nport 家族 TCP端口，可不是用驅(qū)動程序，而以TCP/IP Socket來存取串口數(shù)據(jù)。這種解決方案適合于所有具備TCP/IP連接功能的系統(tǒng)。 讓串口設(shè)備具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)界面，可提高企業(yè)管理與原作效率。由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可遠程、機動性管理的特性，大大減低系統(tǒng)故障維護與人力成本，是一個底成本效益的串口設(shè)備管理模式。 工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢應(yīng)該是分布式、開放化和信息化。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個智能的模塊能夠獨立的工作的網(wǎng)絡(luò)，達到系統(tǒng)危險分散的概念；開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接；信息化則是使系統(tǒng)信息能夠進行綜合