基于NetLinx的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及應(yīng)用

一、引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，信息交換的領(lǐng)域正迅速覆蓋工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制、管理的各個(gè)層次，覆蓋從工段、車(chē)間、工廠、企業(yè)到整個(gè)世界的市場(chǎng)，從而逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。而現(xiàn)在多數(shù)工廠里不同廠家的產(chǎn)品、數(shù)種網(wǎng)絡(luò)并存，難以將這么多的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議整合運(yùn)行，這就嚴(yán)重地降低了生產(chǎn)效率，增加了成本，降低了企業(yè)的快速反應(yīng)能力。面對(duì)企業(yè)從底層到頂層全方位自動(dòng)化的要求，在自動(dòng)化領(lǐng)域世界領(lǐng)先的羅克韋爾自動(dòng)化推出了一種無(wú)縫集成的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)——NetLinx作為解決方案。

目前在世界范圍內(nèi)，工業(yè)特別是汽車(chē)制造業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。充分利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和管理方式，可以增強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行的高效性，滿足市場(chǎng)需求，保持競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)先地位，并獲得最大利潤(rùn)。湖南長(zhǎng)豐汽車(chē)制造股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)豐）是全國(guó)最大的輕型越野汽車(chē)生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的獵豹汽車(chē)占據(jù)當(dāng)前全國(guó)越野車(chē)43%以上的市場(chǎng)份額。但隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在生產(chǎn)和物流管理方面存在的問(wèn)題日益突出，已經(jīng)成為阻礙公司發(fā)展的瓶頸。我們采用成熟的NetLinx開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)設(shè)備和高層設(shè)備之間提供連接，將底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和信息采集、中間層的協(xié)調(diào)控制和數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)的處理與通信以及上層監(jiān)控與管理整個(gè)結(jié)合起來(lái)，并且作為子網(wǎng)接入其它類型的系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)一線的控制系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)中管理者決策信息交互，這將大大提高企業(yè)系統(tǒng)化管理水平，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

二、NetLinx的體系結(jié)構(gòu)
NetLinx是羅克韋爾自動(dòng)化利用開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)制定的從頂層到車(chē)間層的無(wú)縫集成策略，其主要思想是將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，用以監(jiān)控生產(chǎn)，將信息流擴(kuò)展至整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，以及利用企業(yè)的其他信息，將工廠各個(gè)車(chē)間連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制數(shù)據(jù)與信息方便可靠地在PLC（可編程控制器）、HMI（人機(jī)界面）、變頻器、FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）、DCS（分布式控制系統(tǒng)）之間進(jìn)行交換傳遞，從而建成一個(gè)透明的、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)體系的自動(dòng)化系統(tǒng)。

NetLinx基于三級(jí)網(wǎng)絡(luò)層：信息層、控制層以及設(shè)備層。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，各層網(wǎng)絡(luò)的功能非常明晰。

（1）信息層。這一層采用符合標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它提供上層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)訪問(wèn)車(chē)間級(jí)的數(shù)據(jù)，主要為全廠范圍控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、計(jì)算管理、統(tǒng)計(jì)、設(shè)備維護(hù)管理、生產(chǎn)流程以及物流跟蹤服務(wù)，同時(shí)可以使計(jì)算機(jī)訪問(wèn)使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）的開(kāi)放性數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)管理員可在這層網(wǎng)絡(luò)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)控制器中的程序進(jìn)行修改，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)，并對(duì)PLC提供支持。由于采用了TCP/IP協(xié)議，可以方便地將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)接入企業(yè)局域網(wǎng)（Intranet），實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的集成。

（2）控制層。它在各個(gè)PLC之間及其與各種智能化控制設(shè)備之間進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的交換、控制的協(xié)調(diào)、網(wǎng)上編程和程序維護(hù)、遠(yuǎn)程設(shè)備的組態(tài)，編程和故障處理，也可以連接各種人機(jī)界面產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控。這一層上的網(wǎng)絡(luò)稱作控制網(wǎng)，采用CIP（ControlandInformationProtocol）協(xié)議和生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer）模式，這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)從單個(gè)的數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù)，并共享數(shù)據(jù)和信息?？刂凭W(wǎng)主要完成智能化的高速實(shí)時(shí)控制和I/O數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸功能,它滿足連接PLC處理器、HMI以及其它智能化設(shè)備所需的實(shí)時(shí)、高信息吞吐量應(yīng)用的要求。

（3）設(shè)備層。在設(shè)備層上采用的設(shè)備網(wǎng)，主要把底層的工業(yè)設(shè)備直接連接到車(chē)間控制器上，并對(duì)其進(jìn)行配置和監(jiān)視。這種連接無(wú)需通過(guò)I/O模塊，即可用方便而快速的實(shí)現(xiàn)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大量設(shè)備的高速數(shù)據(jù)的采集，極大地減少了接線。設(shè)備網(wǎng)是一種柔性地、開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)，可與世界上150家以上的廠商提供的產(chǎn)品兼容。

NetLinx與其它工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)。它采用由Net（網(wǎng)絡(luò)）和Linx（開(kāi)放式接口）組成的結(jié)構(gòu)，能更有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)采集和控制。其中Net是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通信模型，定義了一系列超級(jí)服務(wù)協(xié)議；它支持多播式、事件觸發(fā)、周期性觸發(fā)等發(fā)送機(jī)制；它完全獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，可在不同網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中組態(tài)?？刂茖?設(shè)備層利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息作為整個(gè)企業(yè)信息網(wǎng)的基礎(chǔ)，提高了控制系統(tǒng)的信息處理能力和運(yùn)行可靠性，方便了用戶對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)、管理和維護(hù)。這種開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，集成了多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，采用通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和開(kāi)放的軟件接口，保證了無(wú)縫的信息和控制數(shù)據(jù)流傳輸。

圖1NetLinx的體系結(jié)構(gòu)

可以方便地與Intranet、Internet連接起來(lái)，使得其本來(lái)就很強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能更加強(qiáng)大。

三、長(zhǎng)豐的物流系統(tǒng)
長(zhǎng)豐在過(guò)去的生產(chǎn)活動(dòng)中出現(xiàn)的最大問(wèn)題是生產(chǎn)信息的不透明，管理者難以獲知每個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)情況，一旦某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，需要依靠各級(jí)管理者層層上報(bào)，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后才能夠得到處理，造成生產(chǎn)流水線上積壓或停工待料后果，整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏就被打亂，給企業(yè)帶來(lái)了相當(dāng)大的損失。因此現(xiàn)在我們嘗試把控制系統(tǒng)與長(zhǎng)豐的ERP系統(tǒng)（CF_C2I2）集成，把生產(chǎn)信息收集到管理系統(tǒng)中，使生產(chǎn)管理者能夠?qū)崟r(shí)地獲取每個(gè)生產(chǎn)階段的在制品的準(zhǔn)確數(shù)量和詳細(xì)的產(chǎn)品信息，一旦生產(chǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)處理。在整條生產(chǎn)線上實(shí)施電子看板管理，可以指導(dǎo)生產(chǎn)線上的裝配工作；并且通過(guò)Internet把供貨需求信息傳遞給供貨廠商。

看板管理是實(shí)施拉動(dòng)式JIT（JustinTime，準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)）的一種非常有效的手段，它是把看板作為生產(chǎn)指令、取貨指令、運(yùn)輸指令，用以控制生產(chǎn)和微調(diào)作業(yè)計(jì)劃，達(dá)到生產(chǎn)組織上高效率、高效能、高效益的科學(xué)管理方法。它是以需求作為整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的初始拉動(dòng)點(diǎn)，按照需求的品種、數(shù)量、時(shí)間和地點(diǎn)來(lái)準(zhǔn)時(shí)地組織各環(huán)節(jié)生產(chǎn)，前工序僅生產(chǎn)后工序所取走的品種和數(shù)量，不進(jìn)行多余的生產(chǎn)，不設(shè)置多余的庫(kù)存，使企業(yè)形成一個(gè)逆向的、環(huán)環(huán)相扣的供應(yīng)鏈。電子看板是看板管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的一種信息載體，它將車(chē)間生產(chǎn)線的工藝流程直觀地反映在監(jiān)視屏幕上，管理人員可以通過(guò)與屏幕上工藝流程中各對(duì)象的交互，動(dòng)態(tài)獲取所需的在制品實(shí)時(shí)信息，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

長(zhǎng)豐的生產(chǎn)過(guò)程分為沖壓、焊裝、涂裝、總裝、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，我們以長(zhǎng)豐的總裝為拉動(dòng)起點(diǎn)，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)都以取貨看板為指令，按照后工序的需要組織生產(chǎn)和配送；必要的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)一直向上游延伸至原材料、外協(xié)件的供應(yīng)商處，供應(yīng)商按照用戶生產(chǎn)線需要的時(shí)間、數(shù)量和品種實(shí)施生產(chǎn)與運(yùn)輸，所供應(yīng)的外協(xié)件不進(jìn)入用戶倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)，直送用戶生產(chǎn)線消耗點(diǎn)，從而降低各環(huán)節(jié)的庫(kù)存成本。同時(shí)通過(guò)發(fā)揮看板的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)微調(diào)功能，平順排產(chǎn)和物流作業(yè)，減低調(diào)度協(xié)調(diào)難度和工作量，提高系統(tǒng)化管理水平。開(kāi)放的NetLinx網(wǎng)絡(luò)集成為實(shí)現(xiàn)JIT生產(chǎn)提供了最合適、最可靠的平臺(tái)。