賀戰(zhàn)

[摘 ?要]工業(yè)以太網(wǎng)隨著科技的快速發(fā)展，在其工業(yè)操控領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用，并且已經(jīng)成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)。本文針對(duì)于冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步探究，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的特征、工作原理、TCP/IP協(xié)議的使用以及冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)給出了指導(dǎo)與建議。

[關(guān)鍵詞]冶金自動(dòng)化;工業(yè)以太網(wǎng);自動(dòng)化系統(tǒng);TCP/IP

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）27-0392-01

目前，我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型正處于重要時(shí)期，已經(jīng)進(jìn)入到了工業(yè)4.0時(shí)代。新時(shí)代的冶金工業(yè)就需要有新的產(chǎn)業(yè)模式，將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與技術(shù)進(jìn)行全方位的升級(jí)。在這種改革的背景之下，冶金工業(yè)開(kāi)始大規(guī)模使用以太網(wǎng)，并隨著科技的日漸發(fā)展與成熟，進(jìn)行全方位的數(shù)字化與自動(dòng)化的變革。冶金自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)搭載計(jì)算機(jī)軟件的運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動(dòng)化控制金屬冶煉自動(dòng)化，利用接入TCP協(xié)議信息傳輸協(xié)議信息，對(duì)設(shè)備發(fā)送指令，同時(shí)在自動(dòng)化中使用TCP/IP協(xié)議。

一、工業(yè)以太網(wǎng)的特征

（一）實(shí)時(shí)性與確定性

由于以太網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)將以太網(wǎng)的不確定性帶來(lái)的問(wèn)題得到了很好的解決。首先，以太網(wǎng)的通信速率大幅度增強(qiáng)，這就意味著在數(shù)據(jù)等同的吞吐量情況下，通信速率提升的同時(shí)，減小了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)，也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)碰撞機(jī)率大幅度下降。【1】其次，將原有的總線型結(jié)構(gòu)變革為星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)分割成不同的網(wǎng)段，交換機(jī)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)功能使不同的端口之間數(shù)據(jù)幀在輸入和輸出的同時(shí)得到緩沖，不會(huì)發(fā)生碰撞。與此同時(shí)，交換機(jī)還會(huì)利用傳輸數(shù)據(jù)過(guò)濾，使傳輸數(shù)據(jù)僅限于本地的網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行傳輸，不會(huì)在經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)，也不占用帶寬，使網(wǎng)絡(luò)承載的負(fù)荷降低。最后，全雙工通信在雙絞線上進(jìn)行同時(shí)接收和傳輸報(bào)文幀，并且不會(huì)發(fā)生任何沖突。所以，通過(guò)使用全雙工通信與交換式集線器，網(wǎng)絡(luò)上不會(huì)發(fā)生沖突和碰撞，將以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性和確定性有所提升。

（二）穩(wěn)定性與可靠性

以太網(wǎng)在控制方面一個(gè)比較主要的問(wèn)題就是，所使用的集線器、交換機(jī)等都是商業(yè)設(shè)計(jì)，這種產(chǎn)品不能用在有可靠性要求高的工業(yè)環(huán)境中，在環(huán)境相對(duì)惡劣的工業(yè)環(huán)境中，需要特殊設(shè)計(jì)以太網(wǎng)。除此之外，在使用中，主干網(wǎng)可以使用光纖進(jìn)行傳輸，利用雙絞線屏蔽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接，比較重要的網(wǎng)段要使用網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)，這樣可以有效的提升網(wǎng)絡(luò)的超高穩(wěn)定性和抗干擾性。

二、 以太網(wǎng)的工作原理

（一）以太網(wǎng)的工作原理

（1）以太網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中使用的方式不同于其它的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工業(yè)需要高強(qiáng)度的傳輸速率，以確?？垢蓴_性強(qiáng)、沒(méi)有故障發(fā)生，同時(shí)還要維修方便。工業(yè)以太網(wǎng)的檢修模式只在在普通的互聯(lián)網(wǎng)檢修方式上利用工業(yè)生產(chǎn)的特征將其進(jìn)行整改。

（2）工業(yè)以太網(wǎng)會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，為了保障好數(shù)據(jù)的安全性與準(zhǔn)確性，需將以太網(wǎng)接入自動(dòng)化系統(tǒng)控制中，不但要使數(shù)據(jù)的傳輸速度提升，還要確保指令自動(dòng)集的失真率控制在一定的范圍之中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作分配，使設(shè)備自動(dòng)控制。

（二）ISO/OSI模型

工業(yè)以太網(wǎng)利用ISO/OSI模型，在相關(guān)數(shù)據(jù)的物理層以及路層對(duì)技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，以太網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議，將倆種協(xié)議相結(jié)合，使總線應(yīng)用層的協(xié)議得到了有機(jī)結(jié)合，形成了功能強(qiáng)大的工業(yè)以太網(wǎng)專屬的協(xié)議。

三、 TCP/IP協(xié)議的使用

（一）運(yùn)行方式

（1） 在此協(xié)議中，核心協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層中的IP，同時(shí)還會(huì)將其它的協(xié)議進(jìn)行提供，其中包括ARP、RARP協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能包括，將傳輸層的發(fā)送分組請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)處理，也就是將數(shù)據(jù)包組裝傳輸至網(wǎng)絡(luò)接口，將數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理輸入、轉(zhuǎn)發(fā)、抽分組。【2】對(duì)差錯(cuò)和報(bào)文控制進(jìn)行處理，包括對(duì)流量、路由的控制等。傳輸層的最大作用是提供通信服務(wù)，有兩個(gè)協(xié)議，數(shù)據(jù)包協(xié)議和傳輸控制協(xié)議。數(shù)據(jù)包協(xié)議是提高服務(wù)效率的，應(yīng)用在傳輸較少的報(bào)文中，不會(huì)提供比較可靠的措施，應(yīng)用UDP的程序使自身完成操作。傳輸控制協(xié)議是提供給較高可靠的傳輸數(shù)據(jù)服務(wù)，應(yīng)用于傳輸大量的報(bào)文，并對(duì)可靠性有保障。

（2） 冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中將TCP/IP接入，符合國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)新規(guī)范。自動(dòng)化系統(tǒng)是由三部分組成的，自動(dòng)化設(shè)備端、自動(dòng)化操作端、自動(dòng)化信息反饋設(shè)備。三者是分層級(jí)的組合模式，信息在三者間進(jìn)行自由傳輸。利用以太網(wǎng)的接入，極大的提升了生產(chǎn)的效率，減小了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，使自動(dòng)化系統(tǒng)具有自我檢測(cè)與診斷的能力，裝配的過(guò)程簡(jiǎn)單化，最大程度的降低了由于數(shù)據(jù)線過(guò)多導(dǎo)致的安裝不便與檢修的問(wèn)題。

（二）接入以太網(wǎng)的案例分析

冶金自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在各大企業(yè)開(kāi)始廣泛應(yīng)用，下面簡(jiǎn)單介紹一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例。在九十年代初，美國(guó)有一家高強(qiáng)度的鋼鐵制造公司叫榮克萊爾，通過(guò)使用自動(dòng)化控制系統(tǒng)PMD-6/50的冶金自動(dòng)化系統(tǒng)，緊跟生產(chǎn)發(fā)展的腳步，改變了曾經(jīng)自動(dòng)化處理系統(tǒng)不能控制網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰?，將處理控制信?hào)高效的完成了，還改變了DH+萬(wàn)羅傳輸效率不能與生產(chǎn)速率相匹配的問(wèn)題，極大的降低了實(shí)際生產(chǎn)中故障的發(fā)生。為了更好的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的效率，減少信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程中對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生影響，全面實(shí)行了工業(yè)以太網(wǎng)的接入，從此自動(dòng)化控制系統(tǒng)變得高效、安全且穩(wěn)定。羅克韋爾公司設(shè)計(jì)制造的冶金自動(dòng)化系統(tǒng)使榮克萊爾公司在最短的時(shí)間內(nèi)升級(jí)了生產(chǎn)設(shè)備，處理了大量的信息。

四、 冶金自動(dòng)化系統(tǒng)將工業(yè)以太網(wǎng)接入的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)定義

工業(yè)以太網(wǎng)，通常來(lái)說(shuō)是技術(shù)以太網(wǎng)和商用以太網(wǎng)合并兼容，但在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，材料的選擇上、產(chǎn)品的實(shí)用性、可操作性等都要立足于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。

（二）工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛使用中，應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)情況說(shuō)明了使用以太網(wǎng)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行非常安全、穩(wěn)定，并且能夠以相當(dāng)高的傳送速度發(fā)送指令，幾乎不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生操作失誤的現(xiàn)象。通過(guò)利用接入工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)，將生產(chǎn)所需的流程控制的更加順利流暢，提升了生產(chǎn)效率，改變了以往生產(chǎn)的信號(hào)控制傳輸模式發(fā)生的各種故障。

結(jié)束語(yǔ)：

目前。我國(guó)的工業(yè)已經(jīng)廣泛開(kāi)始使用自動(dòng)化系統(tǒng)，其中包括管理資源層，制造執(zhí)行層并且在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)也開(kāi)始直接進(jìn)行應(yīng)用。以太網(wǎng)將在我國(guó)的自動(dòng)化系統(tǒng)與企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息集成與互聯(lián)網(wǎng)中起到至關(guān)重要的作用。通過(guò)以太網(wǎng)展示出來(lái)的優(yōu)勢(shì)與特征，將以太網(wǎng)使用在控制設(shè)備層，因此被評(píng)價(jià)為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操控的絕佳解決措施，工業(yè)以太網(wǎng)也成為了主流應(yīng)用技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉鳳.冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2016，06：24.

[2] 楊海峰.冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，11：51.