汪 科

湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院牽引與動力學(xué)院，湖南 株洲 412001

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工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議與實現(xiàn)方式分析

汪 科*

湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院牽引與動力學(xué)院，湖南 株洲 412001

一、工業(yè)控制解析

計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)設(shè)備的存在，使得當(dāng)前的信息交換已經(jīng)發(fā)展到一定的高度，其覆蓋領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大。近年來，現(xiàn)代化通信技術(shù)的出現(xiàn)，使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概念產(chǎn)生。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)，其直接面向生產(chǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行一線測量與控制信息傳遞的重要渠道，同時，其還會引發(fā)物質(zhì)或者能量的運(yùn)動與轉(zhuǎn)化。故而，人們認(rèn)為，工業(yè)控制必須要具有實時性、可靠性、抗干擾性等多個特殊的要素。為了保證這些特性的存在，工業(yè)控制也經(jīng)過了長期的演變。從最早集中控制，到后續(xù)的分散控制，再到如今的總線現(xiàn)場控制?？梢哉f，其發(fā)展完全符合工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。然而，當(dāng)前的現(xiàn)場總線技術(shù)在控制上，還存在一定的問題。這就使得其工業(yè)控制存在瑕疵，無法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。

二、以太網(wǎng)協(xié)議內(nèi)涵

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用過程中，為了保證其運(yùn)用效果，都會以一定的規(guī)范，來限制一些操作。以太網(wǎng)協(xié)議其本質(zhì)上就是一種技術(shù)規(guī)范，而非具體網(wǎng)絡(luò)形式。該種規(guī)范，準(zhǔn)確的定義了局域網(wǎng)中采用何種電纜類型與信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間的信息傳遞速率為10-100Mbps。目前，其已經(jīng)成為局域網(wǎng)最為通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)協(xié)議可以分標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為最新的高速以太網(wǎng)技術(shù)，目前應(yīng)用范圍相對較廣，且該種技術(shù)在使用中，存在價格便宜、速度快等優(yōu)點(diǎn)，給用戶帶來了提高核心網(wǎng)絡(luò)速度的體驗。

圖1 工業(yè)以太網(wǎng)通信模型圖

三、工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議的工作原理與作用解析

在工業(yè)控制中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其不僅僅需要具有信息傳遞的作用，還需要借助其信息傳遞的功能，來完成系統(tǒng)的自控。也就是說，其既是一個通信系統(tǒng)也是一個控制系統(tǒng)。在整個運(yùn)用中，其需要完成數(shù)據(jù)傳輸，同時，還需要根據(jù)其傳輸?shù)男畔⑴c指令，來執(zhí)行一些控制性的行為，這些都需要多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來協(xié)調(diào)完成。因此，對于工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議來說，其還具有一定的開放系統(tǒng)的要求。上圖1為工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議的通信模型圖。在該圖1中，適當(dāng)?shù)暮喕薎SO/OSI模型，并且，根據(jù)不同的作用，將其層次加以劃分，形成高層應(yīng)用層與用戶層、底層數(shù)據(jù)連接層與物理層。其中，高層功能為控制性運(yùn)行，其保證數(shù)據(jù)的處理與指令發(fā)出后的執(zhí)行；底層的功能為信息介質(zhì)，也就是傳輸各種信息。中間實際上，是一個交換層。

四、工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展前景

(一)應(yīng)用要求

工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的使用，其必須要滿足工業(yè)控制的幾個基本需求。第一，安全性。工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境相對復(fù)雜，在人力逐漸撤去，自動化系統(tǒng)優(yōu)化的背景下，其發(fā)生危險的可能性也相對提高。在這種狀況下，形成的控制系統(tǒng)，必須要保證其安全性。工業(yè)以太網(wǎng)能夠?qū)υO(shè)備、環(huán)境等多個方面進(jìn)行監(jiān)督，并及時的發(fā)出指令處理，安全性較高。第二，可靠性。數(shù)據(jù)傳輸是否正確，直接影響著設(shè)備的操作與控制指令是否正確。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，其技術(shù)規(guī)范欠缺，很容易使得信號受到影響，從而導(dǎo)致其傳遞出不正確的信息，自然運(yùn)行可靠性無法保證。第三，環(huán)境適應(yīng)性。以太網(wǎng)協(xié)議其作為一種技術(shù)規(guī)范，其實際上還是需要一定的設(shè)備來幫助完成，而工業(yè)環(huán)境過于復(fù)雜，可能會對設(shè)備造成一定的損害。因此，在設(shè)備的制作上，必須要符合使用環(huán)境。另外，部分工業(yè)生產(chǎn)，還會對信號產(chǎn)生影響，這也需要設(shè)備優(yōu)化來進(jìn)行調(diào)整。第四，安裝便捷。工業(yè)生產(chǎn)其本質(zhì)上也是盈利行為，其必須要考慮成本問題。如果安裝過于復(fù)雜，其可能會提高時間成本與經(jīng)濟(jì)成本。

(二)發(fā)展前景

工業(yè)控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是推動現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)的重要途徑。從本質(zhì)上來說，工業(yè)控制系統(tǒng)將隨著信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、自動化。但是，其在實踐上，或多或少都會存在障礙。尤其是信號準(zhǔn)確性的保證與抗干擾的強(qiáng)度，是其使用中最重要的影響因素。以太網(wǎng)協(xié)議其能夠有效地提高信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與效率，且安裝與維護(hù)便捷，降低了工業(yè)生產(chǎn)成本，安全性較好，從這些因素上看來，其十分符合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求。故而，在未來的發(fā)展中，其將更加完善。目前，有相關(guān)文獻(xiàn)指出日后的以太網(wǎng)將會逐漸壟斷通信市場，無論是商業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信還是工業(yè)控制系統(tǒng)，都將受到限制，其必將成為現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)協(xié)議。

五、小結(jié)

工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求工業(yè)控制不斷優(yōu)化，引入更為先進(jìn)的技術(shù)。以太網(wǎng)協(xié)議作為一種局域網(wǎng)協(xié)議，其能夠有效地提高通信的安全性與可靠性，從而保證工業(yè)控制的實時性與準(zhǔn)確性。從這點(diǎn)來說，以太網(wǎng)協(xié)議的應(yīng)用，能夠推動工業(yè)的整體發(fā)展。但是，在其運(yùn)用中，不僅需要技術(shù)的調(diào)整，也需要設(shè)備的配合。因此，不同的工業(yè)類型，也需要做出具體的改變。希望以太網(wǎng)協(xié)議在實際應(yīng)用中，其能夠真正實現(xiàn)相融統(tǒng)一一網(wǎng)到底，保證工業(yè)控制系統(tǒng)的作用發(fā)揮。

[1]莊曉燕，周森鑫.工業(yè)控制以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)研究[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，12：243-247.

[2]鄧昌建.工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議和接口技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2005.

[3]鄒航宇.工業(yè)以太網(wǎng)冗余協(xié)議研究[D].上海交通大學(xué)，2013.

[4]劉澤.伺服控制系統(tǒng)以太網(wǎng)接口的應(yīng)用研究[D].中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)，2016.

汪科(1978-)，男，湖北武漢人，碩士，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院牽引與動力學(xué)院，講師，研究方向：電氣工程。

TP

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1006-0049-(2017)08-0198-01