自动控制系统网络的研究与开发.doc

自动控制系统网络的研究与开发
作者:黄福彦韩东升程大方/文   时间:2009-06-29 11:23:51  来源:  通讯世界
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近几年来,随着计算机和网络技术的发展,引发了控制领域深刻的技术变革,以太网()逐渐进入工业领域。据统计,目前在工业领域有超过100种通信协议被应用于各种各样的工业计算机平台之间的数据交换,从智能传感器到参域的监控系统都在应用以太网。以太网是目前可用的最常见的网络协议,因而控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流,以太网作为目前应用最为广泛的局域网技术,在工业自动化和过程控制领域将会得到了越来越多的应用。
工业以太网发展趋势
目前,以太网已经应用到了各个领域,尤其在自动化系统中已渗透到了管理层、系统层、控制层和设备层,很多的DCS和远程I/O供应商都能提供支持以太网接口的产品。以太网之所以给自动化市场带来风暴式的革命,主要有3个原因:低成本的刺激和速度的提高;现代企业对实时生产信息有越来越多的要求;以太网的开放性和兼容性。
工业以太网技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从管理层向下延伸到系统层、控制层和设备层,当控制系统采用以太网架构以后,控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制,可以位于现场,也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强,在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器,从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。此外,可以实现对工业生产过程的实时远程监控,将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来,使生产不只是面向定单的生产,而是直接面向机会和市场的“电子制造”,从而使企业能够适应经济全球化的要求。
控制系统网络的典型结构
一般来讲,现代的控制系统网络可分为4层:管理网、系统网、控制网、设备层网,如图1所示。
管理网
是控制系统的最高一级网络,采用以太网,实现工厂级的信息传递和管理,是实现全厂综合管理的信息通道。其功能如下:
* 可从运行有数据服务软件的操作站(或专用服务器)上获取系统过程参数和系统运行信息,同时向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指导信息;
* 企业内多组装置或生产过程的管理数据通信;
* 大型工业过程各子系统间的协调控制与调度管理;
* 工厂级的综合管理、调度、统计和决策等。
主要性能指标表1所示:
系统网
系统网是自动化控制系统的核心网络,一般系统网络都是双冗余的实时高速工业以太网,它直接连接了集散控制系统的现场控制站、操作员站、工程师站和数据通信组件等,它是传送过程控制实时信息的通道,具有很高的实时性和可靠性。通过挂接在其上的数据通信组件可以与其它厂商的控制系统或智能仪表相连,也可通过运行有数据服务软件的操作站或专用服务器把过程控制信息向上层的信息管理网传送。系统网络主要完成下面的基本功能:
* 现场控制站传递现场I/O采集数据至操作站;
* 各现场控制站间的数据传递,以满足大范围协调控制的需要;
* 操作站和工程师站向现场控制站传递控
制指令或组态数据;
* 保持各操作站之间数据的一致性。
系统网络的过程实时信息的传递完全基于UDP/IP协议,从而极大地提高了传输速率。此外系统网络