企业控制网络技术

工业现场测控设备的数量远比现在Internet上的设备多,连接这些设备的控制网络将使得控制系统的性能大幅度提高,并将改变企业的运行管理模式。本从当前现场控制网络中存在多种现场总线、多种系统和多种技术的现状,阐述了集成是现场控制网络发展的关键,简要介绍了对现场控制网络具有重要影响的设备互操作性技术、OPC技术、工业Ethernet技术、测控现场采用TCP/IP技术和现场设备实时管理技术。介绍了现场控制网络集成中的网络连接技术、自动化软件套件技术和基于WEB浏览器的实时信息监视技术。     

现场控制网络技术展望

描述了现场控制网络技术的发展现状,经分析认为当前工厂底层测控网络的发展趋势,应该是多种现场总线共存、多种系统集成和多种技术集成,最终走向统一;简要介绍了对现场控制网络具有重要影响的设备互操作性技术、OPC技术、工业Ethemet技术、测控现场采用TCP／IP技术和现场设备实时管理技术。     

基于Internet的测控网络设计

本文提出了一种新的基于Internet工业测控网络结构--"M&C网络节点".在该结构的基础上一个规模较大、结构复杂的企业测控网络中的一个厂房或车间的所有测控设备可看作是一个具有强大的通信和控制能力的测控节点--"M&C网络节点".通过采用具有通用性、开放性和可靠性的LonWorks现场总线可以非常方便地将安装在一个工业现场安装在一个相对集中区域的所有现场测控单元都集成成为一个节点.通过使用LonWorks串口适配器,"M&C网络节点"具有对工业现场的各种异型PLC设备的兼容性.同时LonWorks以太网适配器被作为"M&C网络节点"的Internet接口."M&C网络节点"的结构设计及两个通信接口(LonWorks串口适配器和LonWorks以太网适配器)的设计在本文中都有详细论述.     

基于Ethernet的集成测控网络平台研究

随着企业网络不同层次之间传送的数据信息变得越来越复杂，测控网络与信息网络的集成已成为工业测控的发展方向。通过对以太网（下称Ethernet)与传统现场总线的比较，提出了基于Ethernet的集成测控网络平台，并分析了网络结构模型，通信协议层次模型以及若干关键技术。     

基于Modbus的多现场总线集成测控系统设计

阐述了一种基于Modbus的多现场总线测控系统集成方法.在分析Modbus协议的基础上,设计了一种具有测控功能的多协议转换装置,并将两门子和欧姆龙公司的PLC网络集成到Modbus测控系统中.针对小型汽轮发电机系统,构建了基于多种现场总线的测控系统,并验证了整个系统设计的可行性.该多协议转换装置为原有设备的系统改造提供了一种高效的解决方案.     

基于CAN总线通信中多协议转换器设计

随着工业控制网络的快速发展,现场总线技术越来越受到重视,它是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术,而CAN总线是现场总线中运用比较多的一种。为了解决多种不同设备接口连接CAN总线的协议转换问题,需要开发协议转换器。而当前协议转换器种类繁多,价格和质量参差不齐。该文提出了一种在现场总线领域中用于CAN总线通信中的多协议转换器的设计,该转换器结构简单,成本低廉,还可实现二次开发,支持CAN总线接口与RS-232接口、RS-485接口设备协议上进行相互转换实现有效通信,在工控仪表领域经过测试后,其性能稳定。     

基于因特网的工业控制网络体系结构研究

在工业自动化领域，为进行远程制造、管理和市场运营，企业对高性能控制网 络的需求不断增加．为实现管控一体化，在控制网络上越来越多的设备维护和管理信息需要 传递，对控制网络的带宽提出了更高的要求．虽然现场总线技术发展迅速，但在传输速率和 实时性方面，现场总线仍旧存在很多不足．近期，随着以太网和TCP/IP越来越多地进入控制 领域，工业控制网络正面临着严峻挑战．鉴于此，本文认真分析了工业控制网络技术的现状 ，对现场总线技术和混合分布式控制网络技术做了详细的阐述，指出了以太网和TCP/IP对控 制网络的变革和推动．在此基础之上，通过对基于TCP/IP协议的网络化智能仪表和嵌入式In ternet技术的深入分析，本文提出了一种新型的网络体系结构——基于因特网的工业控制网 络．随着集成电路技术的快速发展，将以太网接口嵌入到现场仪表已成为可能，这使得本文 提出的新型控制网络具有巨大的发展前景．     

轨道交通中多通信协议设备集成解决方案

在轨道交通的项目设计和实施过程中,遇到的两个问题,一是多种总线协议标准共存,需要各种总线协议设备互连;二是供应商设备通信接口五花八门,需要统一连接到一种选定的工业通信网络及现场总线系统中。通过使用PROFIBUS总线桥可以方便的将多家第三方设备集成到PROFIBUS现场总线网络中,保证设备的实时监控和系统的可靠运行。本文将以北京地铁5号线为例进行介绍。     

基于LONWORKS的现场总线控制系统SMART 2000

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输多分支结构的通信网络,是自动化控制系统的发展方向。本文试图对自动化仪表的发展过程及现场总线技术的研究情况进行回顾和比较,并介绍用LONWORKS技术开发的基于LWN智能节点的SMART2000系统的设计方案及其应用。     

通信技术在PLC自动化控制系统中的应用

自动化控制技术在工业领域得到了迅猛的发展,通信技术也随着这一变化而呈现出了一种全新的发展形势,而导致这一发展现状背后的主要推动力量就是现场总线技术。过程现场总线可以很好地实现对工厂自动化车间的监控以及完成对现场设备层数的通信和控制,由此也就可以实现现场的综合自动化要求和现场设备智能化的要求。加大对PLC和现场总线控制技术的研究,对于我国工业领域智能化控制的实现具有重要的意义。本文对基于PLC自动化控制系统的通信技术进行了探析,通过PLC控制系统与现场总线技术的有效融合,保证达到了系统实时通信的要求,同时也能有效的提高系统的安全性和稳定性以及实时性等特点。     

Xport串口服务器在工业以太网中的应用

工业自动化控制系统日益采用以太网（Ethenet）和TCP/IP协议作为最主要的通信方式.以太网作为目前应用最广泛、成长最快的局域网技术,在工业自动化领域得到了超乎寻常的发展.在工业控制系统中,若现场控制器采用了Xport嵌入式串口服务器将接口从串口转换为以太网接口,系统则可较为方便又可靠的实现现场控制器通过以太网与Internet公网进行连接.     

Development of an Ethernet-based equipment integration framework for factory automation

Traditional architectures of factory automation networks possess some shortcomings, such as needing gateways to transform communication data, using multiple different kinds of networks, needing higher maintenance cost, etc. To remedy the shortcomings, a novel Ethernet-based equipment integration framework is proposed in this paper. The proposed framework is qualified to be an equipment (synchronous) control network for the factory automation networking. Also, it conforms to the technical trend of replacing traditional industrial networks with Ethernet. Many technologies, including the master/slave model, Ethernet Switch, real-time operating system kernel, real-time transmission control protocol/Internet protocol application programming interface, and object request broker (ORB), are exploited to develop the framework. Simulation and experimental results for a laboratory-scale factory indicate that the proposed framework can perform well in real-time data transmission, that is, accomplishing the synchronous communication over 10 slave nodes within 1.4 ms. Additionally, the equipment integration framework can be easily integrated with the automation systems in the information-management layer through ORB. Worst-case performance evaluations and timing-parameter setting formulas for the proposed framework are also provided. The work presented here is believed to be a good paradigm for developing Ethernet-based factory automation networks.     

工业控制网络协议与IPv6协议的一种转换方法

在企业自动化系统中,上层企业管理和生产监控大多采用以太网,下层车间现场大多采用现场总线,上下层各自采用不同的网络体系结构和协议.为了远程监控生产现场,实现异构网络的数据通信,需要构建合适的协议转换网关.通过对工业控制网络协议与IPv6协议的研究,提出了异构网络协议转换网关模型,并给出了一种基于中间件技术的工业控制网络与以太网的协议转换网关系统的设计方案,满足了底层工业控制网络与上层管理网络互联的应用要求.     

基于Ethernet的嵌入式测控系统的设计

在分析工业控制网络发展趋势、嵌入式以太网接入Internet网络数据传输需要的协议的基础上,针对现场总线通信方式的不足,设计了一个基于Ethernet的嵌入式测控系统。文章阐述了系统的设计方案,在硬件电路设计上,重点介绍了测控系统数据采集节点设计和以太网通信接口电路的设计;在软件系统设计上,提出测控终端软件设计方案,并实现了基于TCP／IP协议栈的网络通信设计。实际使用表明,该系统运行灵活、可靠、稳定,可直接使用企业内部的Intranet信息网,也可直接接人现行的公共Internet网络。     

实时工业以太网无线通信节点的设计与实现

实时控制网络是新型网络化、智能化工业装备的重要支撑技术。在研究POWERLINK实时工业以太网协议的基础上,以FPGA为核心,设计和实现了一个实时无线通信嵌入式硬件节点。其中,以FPGA作为实时网络协议栈处理单元,采用并行接口与主控单元实现高速数据交互,并基于典型射频模块实现无线数据传输接口,可支持高速无线数据传输。通过所集成POWERLINK IP核的实时链路层管理机制,实现了工业网络中多节点间数据的无线实时传输。     

网络时间同步协议综述

时间同步技术广泛应用于工业自动化、精密测量与控制、军队指挥信息化系统等领域。IEEE 1588精密时间协议提供亚微秒级的网络时间同步，能够满足工业领域的高精度测量和控制需求。White Rabbit时间同步技术（WR）是基于同步以太网、IEEE 1588v2协议和全数字双混频鉴相器技术（DDMTD）的一种分布式时间同步方案，能够提供亚纳秒级的同步精度。SAE AS6802协议是一种高精度、可容错、具有开发潜力的时钟同步协议，可为时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet，TTE）提供所需精度的全局同步时钟。回顾了这三种时间同步技术的研究发展状况，并分析了其优缺点，展望了未来网络时间同步技术可能面临的挑战和发展趋势。     

基于嵌入式网络协议栈的多轴运动控制卡通信系统设计

针对现代工业生产中运动控制卡高速化、高精化的技术要求,设计了一种基于小型嵌入式网络协议栈LwIP的多轴运动控制卡网络通信系统。系统以STM32H7微控制器为主控芯片,以低功耗芯片LAN8720A作为外部以太网PHY层芯片,采用TCP/IP网络协议栈中的UDP协议作为上下位机间通信协议。通信系统的下位机程序采用基于LwIP协议栈的RAW API方式编写,上位机程序基于SOCKET套接字接口编写。测试结果表明:系统能达到既定要求的通信响应速度,可实现单台工控上位机与多块运动控制卡之间“一对多”的主从式高速通信,具有较高的工业实用价值。     

MODICON Quantum PLC在某300MW火力发电厂化学水处理系统中的应用

本文介绍了新疆某电厂化学水处理系统自动化控制功能的实现。该系统设计综合了计算机、自动化和网络技术,信息层采用工业以太网,控制层采用MODBUS现场总线,实现了基于上位机、PLC和工业以太网的自动化监控和管理功能。