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        基于最優(yōu)同變估計(jì)的PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

        2018-03-07 04:56:52張斌
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年32期
        關(guān)鍵詞:工業(yè)以太網(wǎng)

        張斌

        摘 要:本文提出基于最優(yōu)同變估計(jì)的PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)同變估計(jì)解決方案,實(shí)例驗(yàn)證MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)和EPA工業(yè)以太網(wǎng)集成PLC現(xiàn)場總線。依據(jù)電力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的需求,實(shí)例驗(yàn)證基于工業(yè)以太網(wǎng)和PLC現(xiàn)場總線的嵌入式數(shù)據(jù)采集與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

        關(guān)鍵詞:工業(yè)以太網(wǎng) PLC現(xiàn)場總線 網(wǎng)絡(luò)集成

        中圖分類號:TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)11(b)-0086-02

        近幾年工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是最新發(fā)展形成的自動(dòng)控制領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展,企業(yè)信息集成系統(tǒng)也在快速增長,為了適應(yīng)企業(yè)管理和控制應(yīng)用的集成將涵蓋從現(xiàn)場控制監(jiān)控市場、各級管理層次、采購原料、生產(chǎn)加工的各個(gè)方面,一直延伸到成品的儲(chǔ)運(yùn)銷售,甚至世界各地市場的供需鏈的整個(gè)過程中[1-2]。企業(yè)信息系統(tǒng)的開發(fā)對開放式的工業(yè)數(shù)據(jù)通信,底層控制網(wǎng)絡(luò)的功能和性能都提出了更高的要求。這也是PLC現(xiàn)場總線在國內(nèi)應(yīng)用較少的一個(gè)重要原因[3]。盡管PLC現(xiàn)場總線發(fā)展多年,但從經(jīng)濟(jì)、安全與現(xiàn)有的DCS或PLC相比,沒有明顯的優(yōu)勢,因此PLC現(xiàn)場總線系統(tǒng)目前應(yīng)用集中在小的系統(tǒng)和舊系統(tǒng)改造上較多。這導(dǎo)致了一方面,小系統(tǒng)一般不加入管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能,不能發(fā)揮PLC現(xiàn)場總線系統(tǒng)功能,減少了運(yùn)行和維護(hù)成本的優(yōu)點(diǎn);另一方面,大系統(tǒng)或關(guān)鍵系統(tǒng)在小型系統(tǒng)不能被反射的問題,PLC現(xiàn)場總線優(yōu)勢不能充分體現(xiàn),這也阻礙了PLC現(xiàn)場總線的發(fā)展[4]。

        1 基于最優(yōu)同變估計(jì)的PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

        在圖1所示的工業(yè)以太網(wǎng)PLC現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成架構(gòu)。該架構(gòu)是基于流行的嵌入式平臺(tái)上,主要使用ARM和x86的嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái),嵌入式硬件平臺(tái),研究了MODBUS楊磷、環(huán)保局、MODBUS、INTERBUS、PROFIBUS和其他工業(yè)以太網(wǎng)和PLC現(xiàn)場總線技術(shù)。

        該平臺(tái)分為三層。支持工業(yè)以太網(wǎng)或PLC現(xiàn)場總線的智能I/O設(shè)備組成設(shè)備層。目前這款智能I/O設(shè)備已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域非常流行,較多地應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。通過不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備層的不同網(wǎng)絡(luò),這樣的設(shè)備也比較受歡迎,而且還可以自己開發(fā)。控制層由一個(gè)基于控制器的嵌入式平臺(tái)構(gòu)成??刂破魍ㄟ^工業(yè)以太網(wǎng)PLC現(xiàn)場總線與現(xiàn)場設(shè)備通信,或通過工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與監(jiān)控層面進(jìn)行交流,主要用于數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)處理,狀態(tài)監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。操作站、工程師站、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等組成監(jiān)控層,主要完成現(xiàn)場設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、Web發(fā)布等功能的操作與監(jiān)控。

        2 應(yīng)用程序

        嵌入式數(shù)據(jù)采集和故障診斷平臺(tái)作為例,研究工業(yè)以太網(wǎng)集成PLC現(xiàn)場總線的具體實(shí)現(xiàn)。對于大型汽輪發(fā)電機(jī)組的電力設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了電廠主機(jī)和輔機(jī)的數(shù)據(jù)采集和故障診斷。

        本系統(tǒng)廣泛采用自動(dòng)化技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),嵌入式技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),它是在PLC現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)和Interact基礎(chǔ)上的應(yīng)用系統(tǒng)。MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)和PLC現(xiàn)場總線的MODBUS可以實(shí)現(xiàn)無縫集成,但MODBUS/TCP協(xié)議采用TCP/端口的數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)機(jī)制,而不是使用MODBUS的CRC或LRC校驗(yàn)機(jī)制。MODBUS的綜合通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可以分為監(jiān)控層和設(shè)備層兩個(gè)部分,通信網(wǎng)絡(luò)由MODBUSPLC現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)兩部分組成,這兩層網(wǎng)絡(luò)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)連接。圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖中工程師站、操作站等由PC機(jī)作為監(jiān)控層計(jì)算機(jī)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。Modbus/TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

        如圖1所示,混合網(wǎng)絡(luò)有支持MODBUS/TCP協(xié)議數(shù)據(jù)的設(shè)備節(jié)點(diǎn),也有Modbus和Modbus/TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。

        支持MODBUS/TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括:信號采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸三部分,在某些情況下還需要有數(shù)據(jù)顯示功能。嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以Philips公司的LPC2220微控制器為主控芯片進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。LPC2220微控制器是基于支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入跟蹤的32位ARM內(nèi)核,采用144腳封裝,功耗極低,有多個(gè)32位定時(shí)器,8路10位ADC,PWM輸出以及9個(gè)外部中斷管腳。它適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款機(jī)(POS)等。通過配置總線,最多可提供76個(gè)GPIO。

        3 結(jié)語

        本文提出一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)集成PLC現(xiàn)場總線的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案,該方案采用工業(yè)以太網(wǎng)和PLC現(xiàn)場總線混合網(wǎng)絡(luò)的方法,適用于各種工業(yè)應(yīng)用,設(shè)計(jì)了多種工業(yè)以太網(wǎng)集成PLC現(xiàn)場總線的應(yīng)用,以及直接利用工業(yè)以太網(wǎng)或PLC現(xiàn)場總線的應(yīng)用方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1] F Dopatka,R Wismüller.Achieving realtime capabilities in Ethernet networks by edge-coloring of communication conflict-multigraphs[A].International Conference on Parallel and Distributed Computing and Networks[C].2006:180-185.

        [2] M Felser.Real Time Ethernet industry prospective[J].Proc. of the IEEE,2005,93(6):1118-1128.

        [3] I Holyer.The NP-completeness of edge-coloring[J].SIAM Journal on Computing,1981,10(4):718-720.endprint

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