互联网技术工业控制网络的发展趋势

  7.3.5 工业控制网络的发展趋势
  由于以太网的迅速扩大，TCP/IP协议已成为事实上的工业标准，又由于PC机、工业PC机已成为企业的主流机,企业的网络体系结构也已完全被以太网的结构所影响，多层分布式子网的结构已逐渐被以太网所替代。将现场总线通过通信控制器直接挂接到Ethernet上，是目前企业普遍采用的方法。虽然较之过去的多层次网络结构简洁得多，但从本质上讲这种网络仍是离散的网络结构，无法实现办公自动化与工业自动化的真正无缝结合，另外，网络的速度也难以提高。
  21世纪是信息产业飞速发展的时代，在未来几年里信息量估计要增加10-30倍，所以网络传输的高速性在工业控制中越来越重要。随着嵌人技术的发展和以太网的广泛应用，基于Ethernet+TCP/IP的工业控制网络体系结构便应运而生，基于工业控制网络体系结构使网络成为透明的、覆盖整个企业范围的应用实体,代表了新一代控制网络的必然趋势。
  1）基于Ethernet+TCP/IP的工业控制网络的体系结构
  工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层。需要注意的是，由于企业的三层网络传输的数据类型和对实时性的要求不同，所以虽然从上到下都是工业以太网，但在不同层次之间还需设置路由器或网桥。使用路由器可以阻断以太网上的广播信息，但如果所选择的路由器速度太慢，则会形成传输的瓶颈。
  用Ethernet和TCP/IP技术构建通信网络平台，就是在现场测控单元、现场智能仪表或者智能传感器中实现Ethernet和TCP/IP功能，使它们能够直接成为一个网络节点，就近连接到企业信息网络中去，真正实现企业管理信息网络和生产过程测控子网的一体化，这样，企业内部的管理工作站或者远程工作站就可以通过Intranet或者Internet直接监视这些设备，并可实现对生产过程的操作管理。如工业生产现场具有Ethernet接口和TCP/IP功能的测控仪表可以直接连接到企业信息网络中去。
  图7-10为一个基于现场总线的工业网络和基于工业以太网的工业网络体系结构图的比较：
  传统的工业控制网络如图7-10(a)所示，其网络结构根据功能和目的的不同主要分为管理层、监控层、设备层三层，这三个功能层具有独立的功能，它们通过网络技术和数据交换技术有机地结合起来，构成一个完整的系统。各层功能如下：
  ①管理层。企业管理层可以透过网络直接接受工厂端反馈的生产过程控制信息，而工厂控制端也可以直接接受来自管理层的信息指导,工业生产过程就可以变得透明，使不同职能部门可以通过网络实现有机结合。这样就使得企业管控一体化、工业企业信息化、基于网络自动化的目标得以实现。
  ②监控层。从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析,控制的设计和实施等功能。监控层的功能一般由上位计算机完成，一方面，它通过扩展槽中网络接口板与现场总线相连，协调网络节点之间的数据通信；另一方面，通过专门的现场总线接口（转换器)实现现场总线网段与以太网段的连接。其关键技术是以太网与底层现场设备网络间的接口，主要负责现场总线协议与以太网协议的转换,保证数据包的正确解释和传输。监控层除了上述功能外，还为实现先进控制和远程操作优化提供支撑环境。
  ③设备层。现场设备以网络节点的形式挂接在现场总线网络上，依照现场总线的协议标准，设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等各种功能。
  而如今的控制网络中，工业Ethernet已把传统的企业层和监控集成为一体，将以太网和TCP/IP协议应用于土业控制网络，如图7-10(b)所示，控制器、PLC和DCS上下层之间使用统一的协议，通信厂商也已经开始提供以太网实现从最底层到最上层的无缝链接，由此可以解决从最底层直至最上层的网络瓶颈问题,使数据传输速率更快，实时性更高，同时它可接人Internet,实现数据共享，使工厂高效率地运转。

  2）基于Ethernet+TCP/IP的工业控制网络的特点
  基于Ethernet的工业控制网络体系结构特点及实现要点：
  ①Ethernet贯穿于整个网络的各个层次,使现场层、控制层、管理层在垂直层得以方便集成，网络结构得到实质性的简化，实现了真正意义上的办公自动化与工业自动化的无缝结合，是扁平化的工业控制网络，其良好的互联性和可扩展性使之成为一种真正意义上的全开放的网络体系结构。
  ②采用Ethernet作为土广底层控制网络的信息传输主干，可解决一直困扰工业界的多种现场总线的兼容问题。
  ③通过授权IP地址，用户可在任意Internet终端上实现对被控设备的访问和控制。
  ④利用嵌人技术使Ethernet到达传感器和执行器，实现现场设备与网络的连接。IP传感器即是这一技术的典型应用，实现了现场设备与Ethernet的通信。
  ⑤嵌入式Ethernet技术在工业过程控制中的一个重要应用是实现对远程现场设备的状态监控，将设备诊断技术与信息技术相结合，用网络化远程监控设备在现场设备上建立状态检测点，使设备数据上网。在设备出现异常时，网络化监测点会通过网络传呼机、电子邮件等方式及时向工程师发出报警信息，对异常现象作出响应。
  ⑥远程浏览功能是系统的主要特性，采用B/SCBrowser/Server)方式，基于远程浏览器的客户端/服务器方式。用户只要在客户端装有浏览器.就可向网络上的某一Web服务器提出请求，Web服务器对用户进行身份验证后接受用户的请求，执行相应的操作。

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