工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)_圖文

1、摘要工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。 其研究目前還有許多不成熟的地方, 但 由于其具有巨大的應(yīng)用前景, 已經(jīng)吸引了眾多研究機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行研究探索。 以太網(wǎng)具備可 擴(kuò)展性,可靠性,成本低廉以及擁有大量的網(wǎng)絡(luò)管理和故障排除工具。 同時(shí),作為傳統(tǒng)上面 向商業(yè)用途的局域網(wǎng)絡(luò), 以太網(wǎng)的應(yīng)用仍受到來(lái)自自動(dòng)控制領(lǐng)域的多方質(zhì)疑, 包括其不確定 性和可靠性能欠佳等問題上, 這些都直接影響著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及能否滿足工業(yè)控制 網(wǎng)絡(luò)的要求等。 本文對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷史, 優(yōu)勢(shì), 工業(yè)以太網(wǎng)的工作原理及框架結(jié)構(gòu)進(jìn) 行了介紹,并對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)品及應(yīng)用案列隆重的介紹。關(guān)鍵字 :工業(yè)以太網(wǎng),自動(dòng)化領(lǐng)域,

2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目錄摘要 . I1、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷史 . . 12、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn) . . 1 2.1 和傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比工業(yè)以太網(wǎng)有如下的優(yōu)勢(shì):. 1如下表所示:. . 12.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) . . 23、工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)成 . . 3 3.1網(wǎng)絡(luò)部件 . . 3 3.2連接部件 . . 4 3.3通信介質(zhì) . . 43.4 通信處理器 . . 44、工業(yè)以太網(wǎng)的工作原理 . . 55、工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議 . . 6 5.1 HSE(高速以太網(wǎng) . . 6 5.2 Modbus-IDA. . 7 5.3 Profinet. . 85.4 Ethernet/IP. . 96、工業(yè)以

3、太網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu) . . 107、工業(yè)以太網(wǎng)的主要產(chǎn)品 . . 11 工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)品有很多種,其中我覺得應(yīng)用最廣的產(chǎn)品是工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖收發(fā) 器。 . 11 7.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) . . 11 7.1.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的簡(jiǎn)介 . . 11 7.1.2 技術(shù)參數(shù) . . 12 7.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 . . 12 7.2 工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器 . . 13 7.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的簡(jiǎn)介 . . 13 7.2.2技術(shù)指標(biāo) . . 137.2.3 工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的應(yīng)用 . . 148、工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用案列 . . 15 8.1基于工業(yè)以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)

4、用 . . 16 8.1.1 設(shè)計(jì)背景 . . 16 8.1.2設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) . . 16 8.1.3實(shí)例應(yīng)用 . . 17 8.2 工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用 . . 18 8.2.1 設(shè)計(jì)背景 . . 18 8.2.2 案列應(yīng)用 . . 18 8.3 西門子 S7-200PLC 的工業(yè)無(wú)線以太網(wǎng)通訊應(yīng)用設(shè)計(jì) . 20 8.3.1 設(shè)計(jì)背景 . . 208.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . . 209、課題思考 . . 21 9.1 課題過程中想法 . . 219.2 工業(yè)以太網(wǎng)的想法 . . 22 9.3 對(duì)本課程的感悟 . . 22 參考文獻(xiàn) . 241、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷史工業(yè)控制技術(shù)大概

5、經(jīng)歷了 3個(gè)階段:第一代的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng) (CCS;第二代的 分散控制系統(tǒng) (DCS;第三代的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS。 近年來(lái), 以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域, 出現(xiàn)了大量基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò), 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用而生。 由于以太網(wǎng)的應(yīng)用, 許 多廠商開始將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)架在以太網(wǎng)上?；?IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),利用工業(yè)以太網(wǎng), SIMATIC NET 提供了一個(gè)無(wú)縫集成到新的多媒體世界的途徑。 工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對(duì)制造 業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn), 將以太網(wǎng)高速傳輸技術(shù)引用到工業(yè)控制領(lǐng)域, 是企業(yè)內(nèi) 部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet 、外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet 和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(

6、Internet 提供的技術(shù)和廣泛 應(yīng)用進(jìn)入生產(chǎn)和過場(chǎng)自動(dòng)化。 這種應(yīng)用推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合, 是自動(dòng)化技 術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。早期的以太網(wǎng)一般采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 現(xiàn)在多為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 總線型結(jié)構(gòu)采用分布 式媒體訪問控制方法,主干故障會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓, 站點(diǎn)較多時(shí),數(shù)據(jù)沖突多造成低效率。星 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用集中式媒體訪問控制方法,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)容易, 信息延遲穩(wěn)定。 工業(yè)以太 網(wǎng)在技術(shù)上和商業(yè)以太網(wǎng)兼容, 傳輸對(duì)象主要為工廠控制信息, 要求有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠 性;在使用上要滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制要求。以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展,特別是它在 Internet 中的廣泛應(yīng)用,使得它在廣大開發(fā)商與

7、 用戶的認(rèn)可。 因此, 無(wú)論從技術(shù)上還是產(chǎn)品價(jià)格上, 以太網(wǎng)較其他類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都具有明 顯的優(yōu)勢(shì)。今天的控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng),以太網(wǎng)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)和 PLC 一樣普及, 但現(xiàn)場(chǎng) 工程 師們對(duì)以太網(wǎng)的了解,大多來(lái)自他們對(duì)傳統(tǒng)商業(yè)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)。很多控制系統(tǒng)工程的 實(shí)施甚至是直接讓 IT 部門的技術(shù)人員來(lái)實(shí)施。但是, IT 工程師們對(duì)于以太網(wǎng)的了解,往往 局限于辦公自動(dòng)化商業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn), 可能導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中中實(shí)施的 簡(jiǎn)單化和商業(yè)化, 不能真正理解工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的意義, 也無(wú)法真正利用工業(yè)以太網(wǎng) 內(nèi)在的特殊功能, 常常造成工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的不徹底, 給整個(gè)控制系統(tǒng)留

8、下不穩(wěn)定因素。 工業(yè)以太網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展主要是不斷的解決掉不穩(wěn)定的因素,不斷的完善。2、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)2.1和傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比工業(yè)以太網(wǎng)有如下的優(yōu)勢(shì):如下表所示:雖然脫胎于 Intranet 、 Internet 等類型的信息網(wǎng)絡(luò), 但是工業(yè)以太網(wǎng)是面向生產(chǎn)過程 , 對(duì)實(shí)時(shí)性、 可靠性、 安全性和數(shù)據(jù)完整性有很高的要求。 既有與信息網(wǎng)絡(luò)相同的特點(diǎn), 也有 自己不同于信息網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn): (1工業(yè)以太網(wǎng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實(shí)時(shí)性要求高,網(wǎng)絡(luò)傳輸要有確定性。(2整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)按功能可分為處于管理層的通用以太網(wǎng)和處于監(jiān)控層的工業(yè)以太網(wǎng) 以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層(如現(xiàn)場(chǎng)總線 。管理層通用以太網(wǎng)可以與控制層的工

9、業(yè)以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù), 上下網(wǎng)段采用相同協(xié)議自由通信。(3工業(yè)以太網(wǎng)中周期與非周期信息同時(shí)存在,各自有不同的要求。周期信息的傳輸 通常具有順序性要求,而非周期信息有優(yōu)先級(jí)要求,如報(bào)警信息是需要立即響應(yīng)的。(4工業(yè)以太網(wǎng)要為緊要任務(wù)提供最低限度的性能保證服務(wù),同時(shí)也要為非緊要任務(wù) 提供盡力服務(wù),所以工業(yè)以太網(wǎng)同時(shí)具有實(shí)時(shí)協(xié)議也具有非實(shí)時(shí)協(xié)議。3、工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)成一個(gè)典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件:(1工業(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊 OLM 、 ELM依照 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn),利用電纜和光纖技術(shù), SIMATIC NET連接模塊使得工業(yè)以太網(wǎng) 的連接變得更為方便和靈活。OLM (光鏈路模塊有 3

10、個(gè) ITP 接口和兩個(gè) BFOC 接口。 ITP 接口可以連接 3個(gè)終端設(shè)備 或網(wǎng)段, BFOC 接口可以連接兩個(gè)光路設(shè)備(如 OLM 等 ,速度為 10Mbit/s。如圖 3-1所示。 圖 3-1工業(yè)以太網(wǎng) OLMELM (電氣鏈路模塊有3個(gè) ITP 接口和 1個(gè) AUI 接口。通過 AUI 接口,可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備連接至 LAN 上,速度為 10Mbit/s。(2工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) OSM 、 ESMOSM 的產(chǎn)品包括:OSM TP62、 OSM TP22、 OSM ITP62、 OSM ITP62-LD和 OSM BC08。從型 號(hào)就可以確定 OSM 的連接端口類型及數(shù)量,如:OSM ITP

11、62-LD ,其中 ITP 表示 OSM 上有ITP電纜接口,“6”代表電氣接口數(shù)量,“2”代表光纖接口數(shù)量, LD 代表長(zhǎng)距離,如圖 3-2所示ESM 的產(chǎn)品包括:ESM TP40、 ESM TP80和 ESM ITP80,命名規(guī)則和 OSM 相同。圖 3-3所 示為 ESM TP80 圖 3-2 OSM ITP62-LD 圖 3-3 ESM TP80FC 快速連接插座ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī) ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī) SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī) MC TP11(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉(zhuǎn)換模塊 普通雙絞線,工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖,工業(yè)以太網(wǎng)使用的電纜有屏蔽雙絞線 (STP 、非 屏蔽雙絞線

12、 (UTP 、 多?；騿文９饫|。 10Mbps 的速率對(duì)雙絞線沒有過高的要求, 而在 100Mbps 速率下, 推薦使用五類或超五類線。 光纖鏈接時(shí)需要一對(duì), 常用的多模光纖波長(zhǎng)為 62.5/125m 或 50/125m 。與多模光纖的內(nèi)芯相比,單模光纖的內(nèi)芯很細(xì), 只有 10m 左右。通常, 10Mbps 使用多模光纖, 100Mbps 下,單模、多模光纖都適用。3.4 通信處理器常用的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器(CP Communicaton Processer,通信處理單元 ,包 括用在 S7 PLC站上的處理器 CP243-1系列、 CP343-1系列、 CP443-1系列等。CP243-1

13、是為 S7-200系列 PLC 設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器,通過 CP243-1模塊,用 戶 可 以 很 方 便 地 將 S7-200系 列 PLC 通 過 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 進(jìn) 行 連 接 , 并 且 支 持 使 用 STEP7-Micro/WIN 32軟件, 通過以太網(wǎng)對(duì) S7-200進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)、 編程和診斷。 同時(shí),S7-200也可以同 S7-300、 S7-400系列 PLC 進(jìn)行以太網(wǎng)的連接。S7-300系列 PLC 的以太網(wǎng)通信處理器是 CP343-1系列,按照所支持協(xié)議的不同,可以 分為 CP343-1、 CP343-1 ISO、 CP343-1 TCP、 CP343-1 I

14、T和 CP343-1 PN。S7-400 PLC的以太網(wǎng)通信處理器是 CP443-1系列,按照所支持協(xié)議的不同,可以分為 CP443-1、 CP443-1 ISO、 CP443-1 TCP和 CP443-1 IT。4、工業(yè)以太網(wǎng)的工作原理工業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)跟地面的以太網(wǎng)是一樣的原理, 所謂的工業(yè), 是指該交換機(jī)具備在惡劣 環(huán)境工作的能力,而且具備一定的傳輸保障機(jī)制, 端口比較豐富, 支持多種信號(hào)輸入, 比如 以太網(wǎng)電口、以太網(wǎng)光口、 CAN 總線接口、 RS485接口等。煤礦井下常用的是工業(yè)環(huán)網(wǎng)交 換機(jī),即是支持環(huán)形自愈的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。以太網(wǎng)采用帶沖突檢測(cè)的載波幀聽多路訪問(CSMA/CD機(jī)制,以太

15、網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)都可以 看到在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的所有信息,因此我們可以說以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)的工作過程如下:當(dāng)以太網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)要傳輸數(shù)據(jù)時(shí),它將按如下步驟進(jìn)行:1、計(jì)算機(jī)先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,計(jì)算機(jī)監(jiān)聽信道上是否有信號(hào)在傳輸。如果有的話,表明 信道處于忙狀態(tài),就繼續(xù)監(jiān)聽,直到信道空閑為止。2、若沒有監(jiān)聽到任何信號(hào),就發(fā)送數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源 MAC 地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射,并將其寫入 MAC 地址表中。以太網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀 中的目的 MAC 地址同已建立的 MAC 地址表進(jìn)行比較,以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(端口 是計(jì)算機(jī)與工業(yè)設(shè)備之間相連的端口 。端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),工業(yè)設(shè)備進(jìn)行

16、相關(guān)的操作,實(shí)現(xiàn)機(jī) 器與計(jì)算機(jī)的相互通信,即使人不在機(jī)器旁邊也能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的動(dòng)作。3、傳輸?shù)臅r(shí)候繼續(xù)監(jiān)聽,如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法,隨機(jī)等待一段時(shí)間后,重新執(zhí) 行步驟 1(當(dāng)沖突發(fā)生時(shí),涉及沖突的計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)送會(huì)返回到監(jiān)聽信道狀態(tài)。注意:每臺(tái)計(jì)算機(jī)一次只允許發(fā)送一個(gè)包,一個(gè)擁塞序列,以警告所有的節(jié)點(diǎn) 4、若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功,所有計(jì)算機(jī)在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前,必須在最近一 次發(fā)送后等待 9.6微秒(以 10Mbps 運(yùn)行。具體的過程可以用以下流程圖來(lái)表示: 5、工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議當(dāng)以太網(wǎng)用于信息技術(shù)時(shí),應(yīng)用層包括 HT-TP 、 FTP 、 SNMP 等常用協(xié)議,但當(dāng)它用于工 業(yè)控制時(shí),

17、 體現(xiàn)在應(yīng)用層的是實(shí)時(shí)通信、 用于系統(tǒng)組態(tài)的對(duì)象以及工程模型的應(yīng)用協(xié)議, 至 21世紀(jì),還沒有統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議,但受到廣泛支持并已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品的有 4種主要 協(xié)議:HSE 、 Modbus-IDA 、 Profinet 、 Ethernet/IP。5.1 HSE(高速以太網(wǎng)HSE (H igh Speed Ethernet是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì) FF 對(duì) H1的高速網(wǎng)段的解決方案,于 2000年 3月規(guī)范。 HSE 是以太網(wǎng)協(xié)議 IEEE802.3, TCP/IP協(xié)議族與 FFIll 的結(jié)合體。 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線 基金會(huì)明確將 HSE 定位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng) 絡(luò)與 Internet 的集成。HSE 技術(shù)

18、的一個(gè)核心部分就是鏈接設(shè)備,它是 HSE 體系結(jié)構(gòu)將 Hl(31.25kb/s設(shè)備連接 100Mb/s的 HSE 主干網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分,同時(shí)也具有網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)的功能。網(wǎng)橋功能能夠用于 連接多個(gè) H1總線網(wǎng)段,使同 H1網(wǎng)段上的 H1設(shè)備之間能夠進(jìn)行對(duì)等通信而無(wú)需主機(jī)系統(tǒng)的 干涉 ; 網(wǎng)關(guān)功能允許將 HSE 網(wǎng)絡(luò)連接到其他的工廠控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò), HSE 鏈接設(shè)備不需 要為 H1子系統(tǒng)作報(bào)文解釋,而是將來(lái)自 H1總線網(wǎng)段的報(bào)文數(shù)據(jù)集合起來(lái)并且將 Hl 地址轉(zhuǎn) 化為 IP 地址,將發(fā)往 H1網(wǎng)橋的信息放到現(xiàn)場(chǎng)的目的網(wǎng)段中進(jìn)行傳送。圖 5-1所示的為 HSE 通信協(xié)議的模型, 其物理層與數(shù)據(jù)鏈路層采

19、用以太網(wǎng)協(xié)議, 網(wǎng)絡(luò)層 和傳輸層采用 TCP/IP/UDP, 而在應(yīng)用層采用了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備訪問代理 (FDA , 為 HSE 提供接口, 用戶層包括功能塊、設(shè)備描述和網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理等功能。 5-1 HSE通信協(xié)議模型5.2 Modbus-IDA該協(xié)議由施耐德公司推出,以一種非常簡(jiǎn)單的方式將 Modbus 幀嵌入到 TCP 幀中,使 Modbus 與以太網(wǎng)和 TCP/IP結(jié)合,成為 Modbus TCP/IP。這是一種面向連接的方式,每一個(gè) 呼叫都要求一個(gè)應(yīng)答,這種呼叫 /應(yīng)答的機(jī)制與 Modbus 的主 /從機(jī)制相互配合,使交換式以 太網(wǎng)具有很高的確定性,利用 TCP/IP協(xié)議,通過網(wǎng)頁(yè)的形式可以

20、使用戶界面更加友好。利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器便查看企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行情況。施耐德公司已經(jīng)為 Mod-bus 注冊(cè)了 502端口,這樣就可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)嵌人到網(wǎng)頁(yè)中,通過在設(shè)備中嵌入 Web 服務(wù)器,就可以將 Web 瀏覽器作為設(shè)備的操作終端。 Modbus-IDA 工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議模型如圖 5-2所示, 系統(tǒng)采 用分級(jí)分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),管理級(jí)采用以太網(wǎng) TCP/IP標(biāo)準(zhǔn),完成用戶各種管理功能;控制級(jí) 包括 PLC 、 IPC 、控制器和網(wǎng)關(guān)等,采用 Modbus TCP/IP協(xié)議或 Ethernet 協(xié)議的各類設(shè)備和 I/O裝置;嵌入式 Web 服務(wù)器使用標(biāo)準(zhǔn)的 Internet 瀏覽器就可以讀取各類信息和

21、修改裝置 等。 圖 5-2 Modbus-IDA 協(xié)議模型5.3 Profinet針對(duì)工業(yè)應(yīng)用需求, 德國(guó)西門子于 2001年發(fā)布了該協(xié)議, 它是將原有的 Profibus 與互 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合,形成了 Profinet 的網(wǎng)絡(luò)方案,主要包括:基于組件對(duì)象模型 (COM的分布式自動(dòng)化系統(tǒng) ; 規(guī)定了 Profinet 現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) 之間的開放、透明通信 ; 提供了一個(gè)獨(dú)立于制造商,包括設(shè)備層和系統(tǒng)層的系統(tǒng)模型。 Profinet 采用標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP十以太網(wǎng)作為連接介質(zhì),采用標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層 的 RPC/DCOM來(lái)完成節(jié)點(diǎn)間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。 它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng) Pro

22、fibus 系統(tǒng)和新型的 智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。現(xiàn)有的 Profibus 網(wǎng)段可以通過一個(gè)代理設(shè)備 (proxy連接到 ProfiNet 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,使整 Profibus 設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)地在 Pet中使用。傳統(tǒng)的 Profibus 設(shè)備可通過代理 proxy 與 ProFiNET 上面的 COM 對(duì)象進(jìn)行通信,并通過 OLE 自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn) COM 對(duì)象間的調(diào) 用。通信協(xié)議模型如下圖所示:8 圖 5-3 Profinet協(xié)議模型5.4 Ethernet/IPEthernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。它是由 ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation

23、 和 Control Net International兩大工業(yè)組織推出的最新成員與 Device Net和 Control Net 一樣,它們都是基于 CIP(Controland Information Proto-Col 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。 它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議,能夠保證網(wǎng)絡(luò)上隱式 (控制 的實(shí)時(shí) I/O信息和顯式信息 (包括 用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等 的有效傳輸。Ethernet/IP采用和 Devicenet 以及 ControlNet 相同的應(yīng)用層協(xié)議 CIP 。 因此, 它們使 用相同的對(duì)象庫(kù)和一致的行業(yè)規(guī)范, 具有較好的一致性。 Ethernet/IP采用標(biāo)準(zhǔn)的 Etherne

24、t 和 TCP/IP技術(shù)傳送 CIP 通信包,這樣通用且開放的應(yīng)用層協(xié)議 CIP 加上已經(jīng)被廣泛使用的 Ethernet 和 TCP/IP協(xié)議,就構(gòu)成 Ethernet/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。其通信協(xié)議如下圖 5-4所 示。值得一提的是, CIP 除了作為 Ethernet/IP應(yīng)用層協(xié)議外,還可以作為 ControlNet 和 DeviceNet 的應(yīng)用層,三種網(wǎng)絡(luò)分享相同的對(duì)象庫(kù),對(duì)象和用戶設(shè)備行規(guī)使的多個(gè)供應(yīng)商的 裝置能在上述 3種網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)即插即用。9 圖 5-4 Ethernet/IP協(xié)議模型6、工業(yè)以太網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)必須為用戶提供三種主要的服務(wù)。 首先是控制, 這也

25、是最為重要 的功能。控制服務(wù)主要用于完成控制設(shè)備(例如 PLC 與 I/O設(shè)備(例如變頻器、傳感器以 及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)交換, 并且有苛刻的實(shí)時(shí)性要求。因此, 相應(yīng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)必須 為這類數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)定較高的優(yōu)先權(quán)或者中斷等級(jí)。 其次, 還要提供配置服務(wù), 方便用戶對(duì) 自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行設(shè)置和維護(hù)。通常,用戶需要使用個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC 或者類似設(shè)備對(duì)系統(tǒng) 中不同的設(shè)備進(jìn)行編程和配置。 這項(xiàng)任務(wù)不僅需要單獨(dú)執(zhí)行, 而且還要在控制系統(tǒng)運(yùn)行的情 況下,支持配置服務(wù)。比如,批量處理過程中的配方管理就需要這樣功能。最后,用戶需要 采集自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù), 用于人機(jī)界面顯示、 數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)圖繪

26、制、 故障 處理和維護(hù)。可見,工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)必須提供:控制、配置和數(shù)據(jù)采集三種服務(wù),這 樣才能讓網(wǎng)絡(luò)更加高效、靈活,從而提高自動(dòng)化系統(tǒng)的整體性能。因此,一個(gè)典型的工業(yè)自動(dòng)化以太網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)應(yīng)包括:1、信息層網(wǎng)絡(luò),通過以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。許多控制器廠商早就提供對(duì)以太網(wǎng)的支持;2、控制層網(wǎng)絡(luò),通常利用網(wǎng)絡(luò)的確定性和介質(zhì)是否冗余等傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量某一網(wǎng)絡(luò)能否作 為控制層網(wǎng)絡(luò), ControlNet 屬于這類網(wǎng)絡(luò);3、設(shè)備層網(wǎng)絡(luò),要求傳輸數(shù)據(jù)較少,能夠通過一根結(jié)實(shí)、耐用的電纜來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸和設(shè) 備供電, DeviceNet 屬于這類網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)。由于每種網(wǎng)絡(luò)都有不同的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層, 其屬性和特

27、點(diǎn)也各不相同。 因此, 在這樣的系統(tǒng)中, 不要指望某種單一的網(wǎng)絡(luò)能夠滿足所有 10的應(yīng)用要求, 而是需要采用多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu), 并且要求不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)具有一致性, 從而 方便網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換與共享。 圖 6-1 工業(yè)以太網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)7、工業(yè)以太網(wǎng)的主要產(chǎn)品工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)品有很多種, 其中我覺得應(yīng)用最廣的產(chǎn)品是工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖收 發(fā)器。7.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)7.1.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的簡(jiǎn)介工業(yè)以太網(wǎng)主要是應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí), 由于其采用載波偵聽多路復(fù)用沖突檢測(cè)(CSMA/CD機(jī)制 ,在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用,其可 靠性大大降低, 從而導(dǎo)致以太網(wǎng)不能

28、使用。 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換交換方式, 同時(shí) 提高以太網(wǎng)通信速度, 并且內(nèi)置智能報(bào)警設(shè)計(jì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況, 使得在惡劣危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán) 境中保證以太網(wǎng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)如下圖 7-1-1所示:11 12圖 7-1-1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)7.1.2 技術(shù)參數(shù) 接口特性: 支持 IEEE802.3、 IEEE802.3x 、 IEEE802.3d 、 IEEE802.3u 標(biāo)準(zhǔn) 電氣接口: 支持多個(gè) 10Base-T/100Base-TX以太網(wǎng)接口, MDI/MDI-X,全雙工 /半雙工自適應(yīng)支持功能 傳輸方式: 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式; 工作方式: 異步工作 , 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn) ,2線半雙工

29、; 傳輸距離: 小于 100米; 安裝尺寸: 支持壁掛式,導(dǎo)軌式,機(jī)架式安裝; 使用環(huán)境: 工作溫度:-20-70,存儲(chǔ)溫度 -45-80,工作濕度:5% 95%; 傳輸速率: 轉(zhuǎn)發(fā)速度:148810bps , 系統(tǒng)交換帶寬:4.8G , 最大過濾速度: 148810bps, 支持 4K 以上 MAC 地址表; 保護(hù)等級(jí): IP31,工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),波紋式高強(qiáng)度金屬外殼; 電源特性: 12V、 24V 、 48V 直流輸入雙電源冗余備份,報(bào)警信息輸入,內(nèi)置過流保護(hù),抗雷擊7.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)主要應(yīng)用在電力自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化、煤礦自動(dòng)化、軌道交通、 風(fēng)能風(fēng)電等

30、領(lǐng)域,其次是冶金,石油石化,道路交通控制自動(dòng)化,樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng),油田 控制自動(dòng)化,水電站控制自動(dòng)化,機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng),水利監(jiān)控,環(huán)保監(jiān)控等工控自動(dòng)場(chǎng)所。工 8、工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用案列工業(yè)以太網(wǎng)主要是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域, 使用環(huán)境比較復(fù)雜的地方, 還有一個(gè)就是穩(wěn)定性 主要應(yīng)用:工業(yè)控制自動(dòng)化, 道路交通控制自動(dòng)化, 樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng), 礦井自動(dòng)控制系統(tǒng), 油田控制自動(dòng)化, 水電站控制自動(dòng)化, 電力系統(tǒng)控制自動(dòng)化。 下面分別介紹工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng) 用的三個(gè)案列。8.1.1 設(shè)計(jì)背景一個(gè)成功的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須同時(shí)具有穩(wěn)定可靠的硬件和軟件。 監(jiān)控組態(tài)平臺(tái)是基于系 統(tǒng)平臺(tái)的大型應(yīng)用軟件, 它集控制技術(shù)、 人機(jī)界面技

31、術(shù)、 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)于一 體, 使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言, 只需通過可視化的組態(tài)方式, 就 可完成控制系統(tǒng)功能的構(gòu)建以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè), 這為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái) 了 很 大 的 方 便 。 目 前 , 監(jiān) 控 平 臺(tái) 有 許 多 成 熟 的 產(chǎn) 品 , 但 主 要 應(yīng) 用 于 不 同 類 型 (如 Can,LonWorks, PROFIBUS的現(xiàn)場(chǎng)總線 , 每種總線都采用不同的通訊協(xié)議和總線標(biāo)準(zhǔn)。 區(qū)別于現(xiàn)有的各種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控系統(tǒng) , 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)給出了將以太網(wǎng)直接應(yīng)用 于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如 :氣閥門等的監(jiān)控的方案 , 介紹了工業(yè)以太網(wǎng)

32、控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè), 并著重闡述了監(jiān)控組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用, 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能控制節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí) 監(jiān)視、 組態(tài)控制以及網(wǎng)絡(luò)管理等功能, 以解決對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視、 圖形組態(tài)控制和嵌入式節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理的問題。該系統(tǒng)分為三個(gè)層次 :現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)控制級(jí)、上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)管理級(jí)和遠(yuǎn)程監(jiān)控級(jí),本 文的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 8-1-1示。 圖 8-1-1 工業(yè)以太網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)圖智能節(jié)點(diǎn)控制級(jí)以 32位 MCF5272芯片為核心,嵌入了 uClinux 操作系統(tǒng) 2,內(nèi)置各種 控制程序,具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊功能。智能控制器采用以太網(wǎng)接口,支 持 TCP/IP協(xié)議

33、,有本身的 IP 地址,類似一臺(tái) PC 機(jī)。各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之 間通過集線器進(jìn)行通訊,由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理。監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)管理級(jí)是本論文介紹的核心 , 它運(yùn)行在 Windows 環(huán)境里下 Visual C+6.0開 發(fā)研制的可視化監(jiān)控管理臺(tái),包括監(jiān)控組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)管理兩大部分 , 監(jiān)控組態(tài)部分又包括三大 模塊:通訊模塊、 數(shù)據(jù)管理模塊和控制組態(tài)模塊。 上位機(jī)的通訊模塊和智能節(jié)點(diǎn)的通訊模塊 對(duì)應(yīng), 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與智能節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸功能。 數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)智能節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn) 行存儲(chǔ)、管理并顯示實(shí)時(shí)、歷史曲線?？刂平M態(tài)模塊與智能控制器上的算法相對(duì)應(yīng),使用戶 可以在上位機(jī)為各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行

34、控制算法和控制參數(shù)設(shè)置。 網(wǎng)絡(luò)管理部分主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè) 置各智能節(jié)點(diǎn) IP 地址,檢測(cè)局域網(wǎng)內(nèi)各智能控制器的工作狀態(tài)。遠(yuǎn)程控制級(jí)是一套基于 Brower/Web Server/Web Database三層體系結(jié)構(gòu) 3,使現(xiàn)場(chǎng)采集 的數(shù)據(jù)通過 Web 服務(wù)器以網(wǎng)頁(yè)發(fā)布的形式向用戶 PC 機(jī)上發(fā)布, 用戶只需在普通的瀏覽器上 輸入相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)地址, 即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)參數(shù)的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè), 同時(shí), 用戶也可以在線地修 改參數(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的過程控制實(shí)驗(yàn)室有三套模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)系統(tǒng):壓力 控制系統(tǒng)、 溫度控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)。我們應(yīng)用上位機(jī)、 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和智能控制器構(gòu) 建了

35、一個(gè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。如圖 8-1-2所示 圖 8-1-2 工業(yè)以太網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)圖以液位控制系統(tǒng)為例, 被控對(duì)象為水箱液位。 上位機(jī)通過組態(tài)控制模塊對(duì)智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制算法和控制參數(shù)設(shè)定, 將給定量和各參數(shù)傳遞給智能控制器, 液位變送器檢測(cè)得到氣缸 輸出的 4-20 mA的電流模擬反饋信號(hào),由數(shù)據(jù)采集卡通過 A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字反饋信號(hào)輸入智 能節(jié)點(diǎn), 再于組態(tài)控制模塊傳遞過來(lái)的給定值進(jìn)行比較得到偏差信號(hào), 再根據(jù)從上位機(jī)傳遞 過來(lái)的控制算法程序,計(jì)算出控制量,經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換為 1-5V 的電壓,再經(jīng)過電壓 -電流轉(zhuǎn) 換成 4-20 mA的電流控制信號(hào),控制調(diào)節(jié)閥開度,實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱的液位控制。如圖 8-

36、1-3為水 箱液位初始值為 25 cm,給定為 70 cm,控制算法為 PID 控制效果最佳時(shí)的試驗(yàn)曲線,可見 該智能節(jié)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的有效控制。 圖 8-1-3 液位系統(tǒng) PID 控制曲線8.2 工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用8.2.1 設(shè)計(jì)背景目前 , 應(yīng)用于我國(guó)煤礦井下的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)多為總線式結(jié)構(gòu) , 傳輸速率低下 , 而且自 成體系 , 兼容性很差 , 通過原有對(duì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單擴(kuò)容或改造已經(jīng)不能從根本上解決問題。 煤礦 需要一種更為先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng) , 并以此為基礎(chǔ) , 加快煤礦自動(dòng)化和信息化建設(shè)進(jìn)程 , 在多的崗位實(shí)現(xiàn)減人增效 , 最大限度地減小煤礦事故的發(fā)生率 。工業(yè)以太網(wǎng)作

37、為一種新的 工業(yè)控制系統(tǒng) , 已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 , 在技術(shù)方面也逐漸趨于穩(wěn) 定和成熟。 如果能將工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)成功應(yīng)用到煤礦井下 , 就可以大大提高礦井通信網(wǎng) 絡(luò)的速率 , 減小通信線路和設(shè)備的維護(hù)量 ; 同時(shí)能夠提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口 , 很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)原有 系統(tǒng)的兼容 , 將礦井通信系統(tǒng)的理論和技術(shù)水平提高到一個(gè)新的層次。8.2.2 案列應(yīng)用鐵煤集團(tuán)小青煤礦指揮調(diào)度系統(tǒng)由 1 臺(tái)礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和 3 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)智能分站構(gòu) 成。 礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的作用是把井下 3 臺(tái)分站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳到地面 , 然后地面通過主 站把井下分站采集到的數(shù)據(jù)形成圖形進(jìn)行顯示。礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)

38、交換機(jī)安裝在井下變電所 , 通過光纜與地面的光纖收發(fā)器連接 ; 而井下中央變電所、 南翼五部頭、 南翼七部頭 3 臺(tái)分站則通過光纜與中央變電所的交換機(jī)匯接。 指揮調(diào)度系統(tǒng)圖如圖 8-2-1 所示 , 各設(shè)備安裝位置 和設(shè)置情況如表 1 所示。 圖 8-2-1 小青礦工業(yè)以太網(wǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)圖表 1設(shè)備安裝位置及設(shè)置情況 井下 3 臺(tái)分站所接的數(shù)據(jù)為 S1#皮帶、 S2#皮帶、 S3#皮帶、 S4#皮帶、 S5#皮帶、 S6#皮帶、S7# 皮帶、 S8#皮帶、 S2- 707 面上的運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、采煤機(jī) , 構(gòu)成了小青礦指揮調(diào)度系 統(tǒng)的生產(chǎn)總圖 , 而中央變電所分站所接的 14 個(gè)饋電傳感器和

39、3 個(gè)水泵的開停傳感器則構(gòu)成 了中央變電所供電系統(tǒng)。小青礦指揮調(diào)度系統(tǒng)項(xiàng)目使用了兩種礦用工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備 : 隔爆型網(wǎng) 絡(luò)交換機(jī)和帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口的本安型網(wǎng)絡(luò)智能分站 , 3 個(gè)智能分站連接了很多現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 控設(shè)備 , 可以在地面主站上通過網(wǎng)絡(luò)和分站的 IP 地址對(duì)各個(gè)分站進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制 , 從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理和控制。8.3 西門子 S7-200PLC 的工業(yè)無(wú)線以太網(wǎng)通訊應(yīng)用設(shè)計(jì)8.3.1 設(shè)計(jì)背景學(xué)校的電工專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)設(shè)備的自動(dòng)化控制和管理往往是一件讓人頭疼的事, ,通過成 熟的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室主控柜與各分控柜之間通訊交換數(shù)據(jù),實(shí)訓(xùn)設(shè)備的控制與管理。 保證設(shè)計(jì)時(shí)遵循設(shè)

40、備可靠,技術(shù)先進(jìn),功能完備,應(yīng)用靈活,易于組態(tài),易于擴(kuò)展的原則。 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)對(duì)象為 40臺(tái)套實(shí)驗(yàn)電控柜電氣控制系統(tǒng)?；谖鏖T子 S7-200PLC 的工業(yè)無(wú)線以太網(wǎng) 通訊應(yīng)用設(shè)計(jì),很好的解決了設(shè)備之間的通訊。8.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求, 要完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、 現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備控制等功能,具體的系統(tǒng)流程為控 制柜的信息需要通過無(wú)線的發(fā)送方式發(fā)送到中央計(jì)算機(jī),無(wú)線通訊采用西門子的 scalan -ce-w 的無(wú)線以太網(wǎng)模塊 scalance w 744-1,在 plc 端將系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接入 scalance-w , 另外中央計(jì)算機(jī)可以通過以太網(wǎng)的方式將現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)接入 scalance-

41、w ,在集中監(jiān)控中 心顯示。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖 8-3-1所示。 圖 8-3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)(1 采用標(biāo)準(zhǔn)的 scalance w的天線功率為 7dbi ,平面無(wú)遮擋的可以達(dá)到 300米左右,室內(nèi) 覆蓋距離可達(dá) 30 m60m ;(2 工業(yè)無(wú)線訪問點(diǎn)設(shè)備具有強(qiáng)抗干擾能力;(3 無(wú)線以太網(wǎng)的頻帶為 2.4ghz 或 5ghz , 速度可以達(dá)至 54mbps , 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的無(wú)線數(shù)據(jù) 傳輸方式,而且采用的頻段在 2.4ghz ,不容易受到干擾;(4 固的金屬外殼,防水、防塵,防護(hù)等級(jí);也可戶外使用, -20 - +60 (防冷凝 ;(5 現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的控制采用 plc 的控制形式, plc 主要

42、負(fù)責(zé)輸出的通斷,結(jié)合其他的控制 要求, plc 選用采用的是西門子公司的 s7-226控制器和 cp243-1以太網(wǎng)模塊和 unimat 高密 度輸出模塊。結(jié)合實(shí)際情況,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 8-3-2所示。 圖 8-3-2 無(wú)線以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9、課題思考9.1 課題過程中想法初拿到這個(gè)課題, 迅速得到圖書館資料, 但圖書館的資料有限, 一些資料只是著重介紹 了工業(yè)以太網(wǎng)的簡(jiǎn)介, 和工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議, 這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我的需求。 只能把目光放 到網(wǎng)路上。我把我的課題報(bào)告分為八個(gè)部分進(jìn)行研究:第一部分就是工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷史, 通過發(fā)展歷史我了解到工業(yè)以太網(wǎng)是新興的工業(yè) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 但又比其他的網(wǎng)絡(luò)有好多的好處, 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中, 有廣闊的發(fā) 展前景。第二部分介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn), 著重介紹了工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)中的巨大優(yōu)勢(shì),及廣闊的發(fā)展前景。第三部分我著重介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)成, 這很好的幫助了我, 加深了我對(duì)工業(yè)以太網(wǎng) 的了