孫國慶　馬　衛(wèi)

摘要:主要介紹了以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的特點,論述了現(xiàn)場總線技術(shù)應用以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢,介紹了工業(yè)以太網(wǎng)在八鋼小型廠自動化領域中的應用。

關鍵詞:以太網(wǎng) 現(xiàn)場總線 自動化

1. 以太網(wǎng)

1985年以太網(wǎng)協(xié)議首次成為正式的IEEE802.3號碼之下發(fā)布的網(wǎng)絡標準協(xié)議。802.3標準包括物理層、MAC(介質(zhì)訪問層)子層協(xié)議。信息以基帶方式傳輸。它描述了運行在各種介質(zhì)上的從1Mbps到10Mbps的持續(xù)CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)系統(tǒng)的整個協(xié)議。

2. 以太網(wǎng)技術(shù)在自動化領域中的技術(shù)優(yōu)勢

正在發(fā)展完善中的現(xiàn)場總線技術(shù)(FieldBus)是為了適應工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展在20世紀80年代的現(xiàn)代技術(shù),它是低帶寬的底層控制網(wǎng)絡,這種技術(shù)導致了傳統(tǒng)電氣監(jiān)測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,形成了新型的網(wǎng)絡集成化、分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線是開放統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡,自動化領域的多家設備供應商制定了適于不同場合的各種總線協(xié)議,如LonWorks、Profibus、CAN、HART等總線標準協(xié)議,總數(shù)達40多個。

將以太網(wǎng)用于工業(yè)領域主要有以下幾個方面的優(yōu)勢:

1.以太網(wǎng)是目前技術(shù)最成熟應用最廣泛的通信網(wǎng)絡。具有價格低、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度、易于組網(wǎng)應用等特點,而且其運行經(jīng)驗最為豐富,擁有大量安裝維護人員。

2.易于Internet連接。過去十幾年中Internet的興起和Unix、Windows等操作系統(tǒng)逐漸處于主導地位,像TCT/IP協(xié)議以及其它一些定義明確的傳輸協(xié)議得到廣泛的應用,將以太網(wǎng)應用到工業(yè)領域應該是最為方便最有效的解決方案。

3.以太網(wǎng)可以克服現(xiàn)場總線不能與計算機網(wǎng)絡技術(shù)同步改變發(fā)展的弊端。以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線,特別是高速現(xiàn)場總線的框架主體,可以避免現(xiàn)場總線技術(shù)游離于計算機技術(shù)的發(fā)展之外,使現(xiàn)場總線技術(shù)與計算機網(wǎng)絡技術(shù)很好地融合而形成相互促進的局面。當然,以太網(wǎng)技術(shù)也有一些缺陷,比如它適于辦公環(huán)境的應用,但這些技術(shù)問題并非難以解決。基于以上優(yōu)勢,以太網(wǎng)技術(shù)在上世紀90年代中期開始逐漸應用在工廠自動化領域。

3. 以太網(wǎng)在八鋼小型廠工業(yè)自動化領域的應用

3.1以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和設備配置

八鋼小型廠是上世紀90年代中期建立的。其中以太網(wǎng)系統(tǒng)共有5臺MMI構(gòu)成,其拓撲結(jié)構(gòu)采用星形結(jié)構(gòu)。由于11#、12#MMI距離集線器(HUB)很遠,已超出雙絞線電纜的一般的使用范圍(100m),因此選用光纖,一方面滿足了長距離信號傳輸?shù)囊?另一方面比采用粗同軸電纜抗干擾性強。

基于10BASE-T的星形網(wǎng)絡有以下特點:

1. 網(wǎng)絡適用性強。由于HUB上的每個接口都是以點對點方式與另一網(wǎng)絡設備相連,任何連接上出的問題只會影響某一個設備或一個網(wǎng)絡分段,不會影響整個網(wǎng)絡的正常運行。

2. 容易檢測錯誤。當出現(xiàn)鏈接問題時網(wǎng)絡管理員只需去中央集線器檢查集線器收發(fā)器狀況指示燈即可。

3. 雙絞線電纜作傳輸介質(zhì),成本低,有效的降低了網(wǎng)絡成本,便于擴充和改變網(wǎng)絡連接,從而節(jié)省了管理網(wǎng)絡所消耗的時間。

4. 10BASE-T信號特點:10BASE-T介質(zhì)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柌捎寐兴固鼐幋a系統(tǒng)進行編碼,信號在雙絞線電纜上作為平衡的差分電流進行傳送,即在發(fā)送或接受各對電線中有一根電線傳送差分信號的正振幅(0~2.5V),另一根電線傳遞信號的負振幅(0~2.5V),則在電線對的兩根電線之間測量的峰——峰電壓值5V。

5. 設備配置:(1)網(wǎng)絡接口卡:采用3c579TP,符合EISA總線標準。雖然這種卡信息吞吐量大,對CPU的負擔輕,但由于國內(nèi)工控機普遍采用ISA/PCI總線標準,因此隨著工控機的逐步改造,今后將采用符合PCI總線標準的網(wǎng)卡。

(2)網(wǎng)絡集線器(HUB):采用3c16670,12端口為系統(tǒng)的擴展留有富于的接口。

(3)光電信號轉(zhuǎn)換器:才用LANCAST4318。

3.2 以太網(wǎng)通訊的任務及通訊參數(shù)設定

八鋼小型廠以太網(wǎng)通訊的重要任務是:

(1)負責傳送金軋制生產(chǎn)線上批號跟蹤管理信息;

(2)負責傳送精整區(qū)、軋制區(qū)整體設備運行狀況;

(3)構(gòu)成小型連軋廠過程自動化的數(shù)據(jù)通道和生產(chǎn)信息管理網(wǎng)。

批號跟蹤管理信息如下圖所示

由于所有以太網(wǎng)站均由MMI組成,而在MMIPC機上運行的是Factory LinkIV工業(yè)控制組態(tài)軟件,所以用戶程序中關于以太網(wǎng)通訊參數(shù)可在Factory LinkIV系統(tǒng)提供的LAN傳送和接手信息配置表中進行。

Factory LinkIV提供了三種LAN參數(shù)配置表,在其他配置菜單下可進入:

1. LAN Send Control傳送控制表。在這個表中可設定需要傳送到別的以太網(wǎng)站的信息表、目的站的地址、發(fā)生傳送過程的觸發(fā)條件等。

2. LAN Receive Control接收控制表。在這個表中可設定需要的變量組,用于接收從其他站點發(fā)送來的信息。

3. LAN Groups。在此表中設定發(fā)送和接收信息的目的網(wǎng)站的地址和本網(wǎng)站地址,這些網(wǎng)絡地址應選用安裝配置TCP/IP協(xié)議組是設置的IP地址。

4. 結(jié)語

自八鋼小型廠生產(chǎn)以來,以太網(wǎng)在其自動化控制中運行穩(wěn)定,可靠。從此我們可以看出以太網(wǎng)應用到現(xiàn)場總線已成為自動化領域中的技術(shù)趨勢,以太網(wǎng)技術(shù)將會十分迅速地進入到工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡中。

參考文獻:

[1]李子文,小型連軋機的工藝與電氣控制. 北京:冶金出版社.

[2]孫軍凱,從Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)到工廠信息化技術(shù). 自動化博覽.