工業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)集成的設計與開發(fā)

1引言

上業(yè)控制技術作為信息技術的重要應用領域，在信息技術的帶動下迅速發(fā)展。上業(yè)控制系統(tǒng)從簡單的信號反饋控制、計算機控制技術發(fā)展到以信息網絡為依托，以現(xiàn)場總線技術為基礎的現(xiàn)代網絡控制技術。網絡控制系統(tǒng)中所有設備通過信息網絡連接在一起，形成了一個有機的整體。以信息網絡技術和現(xiàn)場總線技術為基礎的現(xiàn)代網絡控制系統(tǒng)，不僅為上業(yè)控制系統(tǒng)提供了基本結構，也為各種現(xiàn)代控制理論在上業(yè)控制系統(tǒng)的應用提供了基本條件。

Internet和網絡計算技術的出現(xiàn)和實施，為上業(yè)控制系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間，提供了新的技術支持。網絡控制在Internet技術的支持下，從高成本復雜系統(tǒng)變成了低成本控制系統(tǒng)。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現(xiàn)在和將來TI'產業(yè)發(fā)展的重點課題，也是上業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)集成的意義和發(fā)展方向。

場總線網段、普通局域網段和)‘一域網段三個層次。其中，現(xiàn)場總線網段用于上業(yè)控制網絡的底層兩級中的總線和控制設備間的通信。

從典型的上業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)集成的體系結構及其集成原理的角度出發(fā)，將其分為兩部分來考慮，即Lt11與上業(yè)控制網絡的集成以及上業(yè)控制網絡與Internet之間的集成。
本文將對其原理與集成方法加以介紹。

2. 1 LAN與上業(yè)控制網絡的集成

LAN與上業(yè)控制網絡的集成，實質是現(xiàn)場總線網段與LAN之間的集成。

2.1.1運用OPC實現(xiàn)Lt11與上業(yè)控制網絡的集成

在對本系統(tǒng)進一步完善前(2003年以前)，我們運用OPC實現(xiàn)其之間的集成。

OPC( OLE for Process Control)指用于過程控制的對象鏈接與嵌入(OLE)技術，或者說是對象鏈接與嵌入技術在自動化領域的應用擴展。OPC建立OLE( object linking and embedding)規(guī)范之上，它為上業(yè)控制領域提供了一種標準的數(shù)據(jù)訪問機制。而OPC是靠OPC服務器(包括OPC數(shù)據(jù)訪問服務器、OPC歷史數(shù)據(jù)服務器等)來實現(xiàn)的，這個服務器對下層現(xiàn)煩設備提供標準的接口，使得現(xiàn)場設備的各種信息能夠進辦OPC服務器，從而實現(xiàn)向下4_聯(lián)(如圖1①②③}

圖1左上部分亙表示數(shù)據(jù)庫通過OPC歷史數(shù)據(jù)服劣器與LAN網段進行數(shù)據(jù)交換。

圖1右下部分歐現(xiàn)場總線網段層的ProfiBus控制網異部分)表示了OPC服務器充當現(xiàn)場設備接口時的連接劣系。當它作為下層現(xiàn)場設備的標準接口時，它代替?zhèn)鹘y(tǒng)午"I/0驅動器”來完成與現(xiàn)場設備的通信。OPC服務器與" I/0驅動器”的不同之處卞要在于它向客戶端(即需要訪位OPC數(shù)據(jù)源的客戶應用程序)提供了一套標準的OLE括口。通過這些統(tǒng)一接口，所有客戶應用(包括企業(yè)管理層}`高級客戶應用)都可以采用一致的方式來與現(xiàn)場設備通信。

這里，用WEVAC基本型作為OPC Server,與所有能作丈OPC Client端的應用軟件進行數(shù)據(jù)交換[al。 從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋碇v，OPC服務器實際上就是一個I/ 0驅動器，它一方而提供與數(shù)據(jù)供應方(包括硬件和軟件)的通信，另一方而又將來自數(shù)據(jù)供應方的數(shù)據(jù)通過標準OPC接口“暴露’，給數(shù)據(jù)調用方，數(shù)據(jù)調用方充當了OPC客戶(OPCClient)角色。

OPC服務器還向上層的應用程序提供標準接口，使上層的應用程序(如VB和VC應用程序)能夠取到OPC服務器中的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)向上4_聯(lián)。值得一提的是，OPC服務器不僅可以用于硬件設備與系統(tǒng)軟件之間的通信同時還可以用于各個軟件應用程序之間的通信。只要每個應用程序都給其他應用提供一個標準的OPC接口，它們之間的數(shù)據(jù)交換就不再是個棘手的問題。

OPC規(guī)范提供了兩套接口方案，即COM和OLE自動化接口。COM接口效率高，通過該接口，客戶能夠發(fā)揮OPC服務器的最佳性能，采用C+ +語A的客戶一般采用COM接口方案;自動化接口使解釋性語A和宏語A客戶應用程序變得簡單，令用這些語A訪問OPC服務器成為可能。采用VB語A的客戶一般采用自動化接口。

基于上述的特點，OPC技術為不同的現(xiàn)場總線控制網絡間提供了一個通用的I/ O接口。不同類型的現(xiàn)場總線可以通過運用OPC技術，間接地實現(xiàn)信息的交4-。而在上業(yè)控制網絡實用中，這確實也是現(xiàn)今解決因8種現(xiàn)場總線標準不同而造成總線勺_操作極其困難的較佳方法之一，因而，這就使上業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)橫向和縱向集成的實現(xiàn)變得簡單。(如圖1了l下部分助

同時，還需要指出，本系統(tǒng)在Lt11網段中的中間設備是通過DOOM( Distributed Component Object Model)技術實現(xiàn)其連通性的。DOOM網絡由服務器和客戶機組成。

2. 1. 2運用PROFINET實現(xiàn)LAN與上業(yè)控制網絡的集成

在對本系統(tǒng)控制網絡應用系統(tǒng)進一步完善時，我們對部分新加入的組件，也嘗試了這些方案—PROFINEI'方案(如圖1中國h示)。

PROFINET采用標準TCP/ IP以太網作為連接介質，采用標準TCP/ UDP/ IP協(xié)議加上應用層的RPC/DOOM來完成N點之間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統(tǒng)PROFIBUS系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場設備[‘一3J?，F(xiàn)有的PROFIBUS網段可以通過一個代理設備(PROXY)連接到PROFINET網絡當中(如圖1中國h示)。

PROFINET方案易于實現(xiàn)整個上業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)橫向與縱向的網絡集成:PROFINET基于TCP/ IP，能將上廠的商務網、車間制造網絡和現(xiàn)場級的儀表、設備網絡構成透明網絡，并易于與WPh功能相結合。但是，PROFINET方案技術尚未經過民時間的實踐檢驗，技術也并非完善，如實時性問題，滿足現(xiàn)場環(huán)境問題尚需要得到更好的解決。

用發(fā)展的眼光看，各現(xiàn)場總線捆綁以太網是技術進步與適應巾場的趨勢。而對于本課題—上業(yè)控制網絡應用系統(tǒng)集成而A其意義在于應用以太網技術讓橫向、縱向的信息集成與交換變得更簡單與方便。

2. 2上業(yè)控制網絡與IntPrnPt之間的集成

上業(yè)控制網絡與IntPrnPt之間的集成可以有兩種方式:

(1)上業(yè)控制網絡(這里是FCS)通過企業(yè)網間接和Internet集成;(2)上業(yè)控制網絡(這里是FCS)直接和Internet集成。在本系統(tǒng)中，用后一種方式。

出于安全性以及可行性考慮，系統(tǒng)的設計采用網絡勺_聯(lián)技術，運用網關，實現(xiàn)上業(yè)控制網絡與Internet集成(如圖1的

通過配置以下兒項，可以執(zhí)行一項服務(這里，服務被看作一次請求)。

( 1)需要監(jiān)測或者控制的OPC group/ items(包括實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù))。
( 2)用戶細}u
( 3)每個服務器指定的介紹格式以及報告類型。

WG的詳細結構請參考圖20

3結語

隨著Internet的迅猛發(fā)展，TCP/ IP的簡單實用已為)‘一大用戶所接受，以太網技術已成為現(xiàn)場總線技術發(fā)展的新殼點，各利‘現(xiàn)場總線都在致力于與以太網技術的結合。以太網技術已經深入到控制網絡領域這一發(fā)展趨勢無疑有利于企業(yè)信息系統(tǒng)的層次簡化，以及橫向、縱向的信息集成與交換，也有利于進一步降低系統(tǒng)成本。

同時，網絡控制在Internet技術的支持下，已從高成本復雜系統(tǒng)變成了低成本控制系統(tǒng)。可以斷言，控制系統(tǒng)網絡化時代已經到來。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現(xiàn)在和將來IT產業(yè)發(fā)展的重點課題。