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工業Ethernet在遠程實時控制系統中的具體應用
隨著現代工廠信息自動化進程的加快，企業逐漸將管理、決策、市場信息和現場控制信息結合起來，實現企業資源規劃ERP（Enterprise Resource Planning）、生產執行系統MES（Manufacturing Execution system）、生產控制系統PCS（Process Control System）三層信息一體化的解決方案。在PCS設計過程中，通常采用的是現場總線控制系統FCS（Fieldbus Control System）。但由于現場總線相互之間兼容性差、生產現場自控設備的種類繁多，導致不同的總線產品之間無法實現互連、互換、統一組態及互操作；而Ethernet具有通用性強、技術成熟、帶寬迅速增加等特性。在現場總線控制網絡中，將價廉物美的Ethernet設備應用到現場控制網絡已成為必然趨勢。本文將闡述利用工業Ethernet技術和FCS融合技術實現工廠信息自動化的案例。
1 工業Ethernet技術及其在工業中應用的改進[3～4]
現場控制網絡要求具有較強的實時性。而Ethernet由于采用的是CSMA/CD協議，使其天生缺乏確定性（Determinism）和魯棒性（Robustness），必須對其進行改進方可應用。
（1）將傳統的總線式結構改為星形連接結構，并為連接在端口上的每個網絡節點提供獨立的帶寬，使連接在同一交換機的不同節點之間不存在資源爭奪，降低總線上數據發生碰撞的次數，增加系統的確定性；
（2）采用數據交換技術，以提供數據緩沖、提高數據網段的智能，降低數據沖撞和重發概率；
（3）采用TCP/IP協議，確保數據安全可靠到達接收方。在網絡鏈路層中所有硬件對TCP/IP的應用是透明的，TCP為傳輸控制協議，而IP為網際協議。TCP/IP為數據傳輸提供了可靠的、面向連接的通信，它位于ISO/OSI模型中的網絡層，負責將數據信息拆分為固定格式的數據包，并將數據包按一定的路徑傳輸到的接收方，然后在接收方將數據包分解并重新組合成原始的數據信息。
（4）提高Ethernet通信速率，以進一步增強其確定性。通信速率的提高意味著在相同的通信量的條件下網絡負荷的減輕，而網絡負荷的減輕又意味著網絡確定性的提高。目前，100M甚至1000M的自適應網絡已在局域網、城域網中普遍應用，10000M正在研制之中，為工業Ethernet奠定了堅實的基礎。
（5）增強Ethernet接插件、交換機、通信電纜等抗干擾能力。由于工業現場環境十分惡劣，采用帶屏蔽的雙絞線或光纖通信方式是解決此問題行之有效的方法。
可以說，工業Ethernet向控制層通信滲透、應用于過程自動經的監控級、與FCS融合使用已成必然，同時它還可解決大規模系統中實時性和可靠性之間的矛盾。
2 設計關鍵技術
（1）一個網絡測控系統最為重要的是要具很強的安全性。如果一個企業的Intranet和Infranet受到惡意攻擊，造成生產過程的中斷或者生產過程事故，將會造成比金融、電子貿易等網絡受到攻擊時更為嚴重的災難，因此在設計時將網絡安全性考慮放到第一位。本設計采用的是具有身份鑒別和報文鑒別特性的數字簽名、加密解密技術，同時加入防火墻，而不采用通過操作密碼登陸Intranet來賦予不同操作人員的權限方法；
（2）采用基于B/S（Browser/Server）和TCP/IP框架構成Web Client以及Terminal Server Client方式進行遠程實時生產過程監控和在線檢測設備健康狀態，實現了車間的測、控、管的統一，真正實現了工廠信息自動化；
（3）遠程監控通過Interent方式實現，而不是通過電話線撥號登陸方式直接與設備相連，從而改善了以往遠程監控通過Modem造成的成本費用高、工作效率低、可用性不高以及傳輸速率低的現象；
（4）使用免IP地址協議技術。由于設計中采用了Web Client和Terminal Client并使用了Internet方式，實現遠程監控必須為Web Server或Terminal Server設定IP地址。而在Internet上申請一個固定的IP地址費用十分昂貴，采用免IP地址協議技術，大大降低了企業的設計成本。
3 系統設計技術與實施
系統組成框圖與網絡布線見圖1所示。
整個車間采用100M快速以態網為主干，100M到桌面的快速以態網網絡系統。而在整個廠級的網絡，從當前的100M快速以態網升級為ATM網，系統采用星型網絡拓撲結構。各部門交換機采用622M ATM接口與主交換機相聯，科室與大部門之間通過155M ATM接口與主交換機相聯，網管工作站、數據庫服務器通過100M以態網接口直接與主交換機相聯，各部門服務器通過100M以態網接口與部門交換機相聯。各部門的其它節點通過Corebuilder 3300交換機接收部門交換機上。主交換機與部門交換機之間通過光纖連接，其它用雙絞線連接。
3.1 B/S（Bowser/Server）模式
為了防止車間級大量的實時在線檢測和控制信號發生瓶頸效應、阻塞網絡，采用B/S模式，它是借助于HTTP協議和Web技術，由C/S（Client/Server）模式不斷改進發展而來的。在B/S模式中，用戶的業務邏輯可以放在Web服務器上，使網絡流量大大降低；同時，客戶端還進一步“瘦”到只有瀏覽器，極大地減輕了客戶端的負擔和維護量。從根本上說，B/S模式將C/S模式從二級結構升級為三級結構，使邏輯更為清晰合理。B/S模式帶來的優點是：
（1）使用簡單、易于維護；
（2）保護企業投資 由于B/S模式采用標準的TCP/IP、HTTP協議，它可以與企業的現有網絡很好地結合；
（3）信息共享度高 HTML是數據格式的一個開放標準，同時采用MIME（Multipurpose Internet Mail Extension protocol）技術，使Browser可訪問多種格式文件；
（4）擴展性好 TCP/IP、HTTP的標準性使得B/S模式可直接連入Internet，具有良好的擴展性；
（5）安
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