對工業(yè)以太網(wǎng)在冶金自動化系統(tǒng)中的應用進行探討

1.工業(yè)以太網(wǎng)簡介

所謂工業(yè)以太同，一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標準)兼容，但在產(chǎn)品設計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場要求。

2.工業(yè)以太網(wǎng)的特點

2.1 實時性和確定性

隨著快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的鍥機，使這一應用成為可能。首先，以太網(wǎng)的通信速率從10M、100M增大到如今的1000M、10G，在數(shù)據(jù)吞吐景相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡負荷的減輕和網(wǎng)絡傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡碰撞幾率大大下降。其次。采用星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)代替總線型結(jié)構(gòu)，交換機將網(wǎng)絡劃分為若干個網(wǎng)段。以太網(wǎng)交換機由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞；同時交換機還可以對網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾，使各個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點問數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡負荷。

再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)上分別同時接收和發(fā)送報文幀，也不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，同時網(wǎng)絡上的沖突域不復存在(全雙工通信)，或碰撞幾率大大降低(半雙工)，因此，以太網(wǎng)通信確定性和實對性大大提高。

2.2 穩(wěn)定性和可靠性

以太網(wǎng)進入工藝控制領域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機和電纜等均是為商業(yè)領域設計的，商用網(wǎng)絡產(chǎn)品不能應用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，因而需要針對較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境(如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等)來設計工業(yè)以太網(wǎng)。

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展。上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)領域應用，在極端條件下網(wǎng)絡也能穩(wěn)定工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann、Jetter AG等公司專門開發(fā)和生產(chǎn)了機架導軌式集線器、交換機產(chǎn)品，安裝在標準D IN導軌上，并由冗余電源供電，接插件采用牢固的DB29結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了特別設計用于連接工業(yè)應用中具有以太網(wǎng)絡接口的工業(yè)設備(如PLC、HM I、DCS系統(tǒng)等)。

此外，在實際應用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網(wǎng)段還可以采用冗余網(wǎng)絡技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡的抗干擾能力和可靠性。

3.冶金自動化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

按照目前流行的自動化體系結(jié)構(gòu)，典型的冶金自動化系統(tǒng)按功能層次可分為基礎自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)、企業(yè)信息化系統(tǒng)4個層面。

3.1 基礎自動化系統(tǒng)

以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機為代表的計算機控制，是以對現(xiàn)場級設備的控制。在基礎自動化系統(tǒng)中，目前南PLC控制仍占主要地位：在冶金流程中，基礎自動化控制系統(tǒng)又是關鍵的部分．它沒計的好壞直接影響到整個控制系統(tǒng)。

3.2 過程控制系統(tǒng)

冶金流程在線連續(xù)檢測和監(jiān)控系統(tǒng)。采用新型傳感器技術(shù)、光機電一體化技術(shù)、軟測量技術(shù)、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)處理技術(shù)、冶金環(huán)境下可靠性技術(shù)，以關鍵工藝參數(shù)閉環(huán)控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環(huán)境排放實時控制和產(chǎn)品質(zhì)量全面過程控制為目標。實現(xiàn)冶金流程在線檢測和監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)

冶金流程的全息集成。實現(xiàn)鐵一鋼一軋橫向數(shù)據(jù)集成和相互傳遞，實現(xiàn)管理→計劃→生產(chǎn)→控制縱向信息集成。同事整合生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和關系數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)倉庫，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提供生產(chǎn)管理控制的決策支持。

3.4 企業(yè)信息化系統(tǒng)

企業(yè)信息集成到行業(yè)信息集成。信息化的目的之一是實現(xiàn)信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業(yè)信息系統(tǒng)的編碼體系標準化、企業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)/信息集成基礎上，進一步實現(xiàn)協(xié)作制造企業(yè)信息集成，全行業(yè)信息網(wǎng)絡建設及宏觀捌控信息系統(tǒng)，直軍全球行業(yè)信息網(wǎng)絡建設及宏觀調(diào)控信息系統(tǒng)。

4.自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和一絡通訊

4.1 自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

從現(xiàn)場級到生產(chǎn)控制級，再到公司管理層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可采用多種不同類型的網(wǎng)絡來設計，目前用到最多的就是工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場級大多采用西門子的Profibus網(wǎng)絡，不過西門子的Profinet網(wǎng)絡(是把以太網(wǎng)和Profibus結(jié)合于一體)是新開發(fā)的一種現(xiàn)場級網(wǎng)絡．在將來會逐步代替Profibus網(wǎng)絡，而現(xiàn)場級以上的三層控制系統(tǒng)大都采用以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)在自動化控制系統(tǒng)中扮演著很重要的角色?；A自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場級網(wǎng)絡采用Profibus(使用最為廣泛)或Profinet是目前最流行和實用的兩種網(wǎng)絡。但是Profinet網(wǎng)絡比Profibus網(wǎng)絡優(yōu)越很多，因為Profinet就是基于以太網(wǎng)的，因此，Profinet是后來追上。