黃海艇 徐東 劉典勇 陳洎 許振乾

摘要：就“信息孤島”現(xiàn)象所造成的有一定價值性的數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)流失與沉淀的結(jié)果，文章基于工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)交換應用設計展開了相關(guān)的研究。在對工業(yè)控制系統(tǒng)進行介紹的基礎上，以ADAM為例，展開分布式的模擬化監(jiān)控體系研究。闡述該系統(tǒng)的大體情況，包括實驗室提供電源監(jiān)控體系以及遠程信息搜集和掌控模擬化體系。分析該體系構(gòu)造的設計和硬件的匹配情況，分別分析RS-485的規(guī)定和AD-AM的網(wǎng)狀式構(gòu)造狀況，研究核心硬件設備及其型號的選擇，指出工業(yè)控制系統(tǒng)集成的發(fā)展走向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制，網(wǎng)絡系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)交換，應用設計

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0095-05

工業(yè)控制系統(tǒng)（簡稱工控系統(tǒng)）是有機的集合體，它包括數(shù)個分體系。如果要能夠盡可能地凸顯出該體系的效能，應須對各個分體系展開系統(tǒng)的集成處理。系統(tǒng)集成（System?Integration，簡稱SI）實質(zhì)上就統(tǒng)籌設置方面而言，屬于性能最優(yōu)化了的一種技術(shù)層面的行為，其經(jīng)由結(jié)構(gòu)化了的綜合式的布線與計算機的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加以聯(lián)系。將多個處于分離狀態(tài)的體系（主要是各個工控的分體系）、智能化設施以及體系數(shù)據(jù)對應的信息集成至單個互相存在著聯(lián)系與統(tǒng)一化協(xié)調(diào)的體系平臺內(nèi)，目的在于達到充分地分享數(shù)據(jù)化信息資源的目的，從而達到便捷化、集中化與高效性的管理效果[1]。系統(tǒng)集成一般采納的技術(shù)包括軟件界面、功能集成與網(wǎng)絡集成等，其關(guān)鍵之處在于化解體系內(nèi)部的相互關(guān)聯(lián)以及互相操控的問題，其需要化解各種設施與分體系內(nèi)部的協(xié)議、接口、運用軟件以及系統(tǒng)平臺等和全部體系有關(guān)的全部面向于集成方面的難題。本論文針對工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)所涉及到的集成與數(shù)據(jù)交換應用設計展開探討。

1工業(yè)控制系統(tǒng)介紹

信息科技呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢，由于普及程度較廣，從而在很大程度上對社會的生產(chǎn)和生活的運行情況及其效率發(fā)生了極為明顯的影響，同時也讓各大公司面臨著新一輪發(fā)展的契機。信息化的格局下，也進一步地加速全球經(jīng)濟一體化的進程。當我國成為WTO成員之后，全球經(jīng)濟競爭程度也更為白熱化，不砂公司的生存處于邊緣化的處境。民眾出于追逐更為可觀的經(jīng)濟實效目的，對于具體的生產(chǎn)流程也提出了更高的高效性、安全性、優(yōu)質(zhì)性以及低能耗的相關(guān)要求?，F(xiàn)代化大工業(yè)的生產(chǎn)方式也逐步地過渡至智能化與信息化的新階段，是加強公司市場競爭綜合實力的核心保證。信息交流的范圍正快速地由企業(yè)的現(xiàn)場設施覆蓋至管控的各個領(lǐng)域，包括企業(yè)、工段、工廠以及車間甚至是國際各個地區(qū)的市場。建構(gòu)起新式的管控整合化的開放式工業(yè)控制體系，可謂對現(xiàn)代化公司所提出的新時代要求，亦為信息發(fā)展流程的產(chǎn)物。

通信與網(wǎng)絡技術(shù)的問世，可以被視作分散掌控體系產(chǎn)生的關(guān)鍵性特點，當下，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線、開放式技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等為代表的工業(yè)通信互聯(lián)網(wǎng)以及系統(tǒng)集成相關(guān)的技術(shù)，亦加速著工業(yè)控制體系往綜合智能化的方向前進，加速工業(yè)公司往信息化的方向發(fā)展。工業(yè)控制通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)集成相關(guān)的技術(shù)，通常被視作公司綜合信息化和智能化的前提條件，是公司達到集成智能化、流程優(yōu)化、掌控領(lǐng)先、生產(chǎn)管理高效目標的技術(shù)性保障，對于工業(yè)智能化的發(fā)展發(fā)揮著不可小覷的功能。

就集散控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)（即DCS）方面而言，引入了計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。由于在工業(yè)控制系統(tǒng)中引入了該技術(shù)，從而引發(fā)了控制體系的一系列改革。工業(yè)網(wǎng)絡控制體系是計算機通信技術(shù)和控制技術(shù)二者發(fā)展與融合的結(jié)果，工業(yè)以太網(wǎng)、DCS以及現(xiàn)場總線控制體系均歸屬為網(wǎng)絡控制體系。它凸顯出流程掌控體系往集成化、網(wǎng)絡化、分布化以及智能化的趨向發(fā)展。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展程度直接地對工業(yè)控制技術(shù)的前進起到重要的影響門。不管是DCS抑或是現(xiàn)場總線掌控體系，均構(gòu)建于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前提之上。因而，人和機器之間的交互以及控制和通信等課題被視作現(xiàn)代化控制論的中心。

2基于ADAM展開分布式的模擬化監(jiān)控體系研究

2.1系統(tǒng)的主要情況設計

2.1.1電源的監(jiān)督控制體系設計

工業(yè)控制的智能化基礎條件是提供必要的電力資源，相應的配電體系是其中核心的構(gòu)成部分，它對于如何有效性地配置電力資源起到重要的作用。同時，它所面向的用戶為使用電能的工作者。它最為主要的功能在于使得用電盡可能地遠離危險。在提供電源的同時，監(jiān)督和掌控提供電源的體系，亦為工業(yè)智能化體系和樓宇自動控制體系的一個重要環(huán)節(jié)[4]。實驗室將提供電源體系當作背景，構(gòu)建起根據(jù)ADAM所展開的提供電源的模擬化監(jiān)控體系。本論文以此為例，展開工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)交換應用設計的具體分析。

本次實驗所設計的配電柜電源電能規(guī)格為低壓型，且主要經(jīng)由戶外的變壓器設備引進的是三相式電源，它的主要功能在于替實驗室中的一系列設施比如監(jiān)督控制體系、計算機、照明、監(jiān)督控制以及空調(diào)等諸多設備供應必要的能源！。根據(jù)本次實驗的目標以及相應環(huán)境等指標，所展開的監(jiān)督控制體系設計主要需要完成的功能包括以下的3個部分：①監(jiān)督控制進線和出路回路對應開關(guān)的情況;②對三相式電壓、電流以及功率相關(guān)的數(shù)值加以檢測;③就用電設施相應的一系列主要的用電指標的數(shù)值進行測試。

系統(tǒng)測試控制的原理圖示可參見上圖1。上述測控點的信號源自于現(xiàn)場的所涉及到的上述3個指標，同時也聯(lián)系到電動的操控設備，其中，測試控制的點數(shù)可以展開如下步驟的統(tǒng)計。①模擬量的輸人和輸出（統(tǒng)共15點）主要測試的指標包括如下的幾類：配電.相關(guān)設備的常規(guī)型一系列指標（電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功/無功功率、控制數(shù)據(jù)）及其輸出的相關(guān)數(shù)據(jù)（變信號1與變信號2）。②數(shù)字量相關(guān)的輸入、輸出（統(tǒng)共6點）與配電斷路器相關(guān)的掌控（閉合/斷開掌控以及狀況反饋）、變頻器處電源掌控（閉合/斷開掌控以及狀況反饋）。

2.1.2遠程信息搜集和掌控模擬化體系

出于對工業(yè)掌控體系內(nèi)信息遠程搜集和掌控的目的，將實驗室內(nèi)環(huán)境溫度監(jiān)測為背景，建立起遠程數(shù)據(jù)搜集和掌控的模擬體系。用熱電阻傳感器來測試實驗室內(nèi)部的溫度，經(jīng)由ADAM4000板塊搜集熱電阻的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過RS-485互聯(lián)網(wǎng)和上位機進行數(shù)據(jù)的交換處理。再者，對其他的模擬量與數(shù)字量AD-AM4000板塊展開有關(guān)試驗的探討。本次試驗所關(guān)涉到的主要功能指標涉及到以下的2點：①對實驗室環(huán)境的溫度進行監(jiān)督和控制;②對現(xiàn)場的數(shù)字量所相應的節(jié)點狀況進行監(jiān)視。

2.2設計體系的構(gòu)造以及對硬件的配置

2.2.1設計體系的構(gòu)造

本試驗設計時主要的依據(jù)是RS485總線以及ADAM相關(guān)的模板，把低壓類型的配電體系與實驗室內(nèi)的環(huán)境溫度監(jiān)督和測試當作背景，從而構(gòu)建起分布式的信息監(jiān)督控制和掌控模擬體系，該體系整體性構(gòu)造可參見下圖2所示。

上述的計算機所采取的是工控機（其本身附帶RS232相關(guān)總線的接口），并安置了組態(tài)的相關(guān)軟件以及與ADAM的模板相配置的軟件，對應規(guī)格為AD-AM-4520RS232/RS485的轉(zhuǎn)換器把則將相關(guān)的設備接入至到RS485的相關(guān)設備之中。而現(xiàn)場的設施經(jīng)由ADAM-5000所對應的信息進行信息的輸進或輸出，而ADAM-4000所對應的板塊則接入至RS485的內(nèi)部，從而和相關(guān)的設備進行通信[7]。通過以上的一系列處理，目的在于使得現(xiàn)場的設施和工控機監(jiān)督控制計算機內(nèi)部互相通信并聯(lián)系的目的。

基于測試控制點數(shù)和相應模擬試驗所提出的規(guī)格，針對提供電源體系挑選使用2臺ADAM-5056D規(guī)格體系，依次配置ADAM-5017、ADAM-5024、ADAM-5051D、ADAM-5056D等1/O板塊。再者，挑選使用數(shù)若千臺ADAM-4000規(guī)格的板塊，主要將其應用在分布式的信息搜集和掌控試驗中運用。

2.2.2RS-485的規(guī)定和ADAM的網(wǎng)狀式構(gòu)造

1）RS-485的規(guī)定

RS485通常在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)是最為常見的一種具有通信功能的接口，其所采納的是平衡型的傳送模式，同時采用差分型的接收方式進行總線傳遞，可以達到數(shù)點與雙向式信號的傳遞目的心。RS-485所采用的通信渠道為半雙式以及全雙工2類。它具有優(yōu)質(zhì)的性能，組網(wǎng)比較地簡易化，通常廣泛地運用于集中式控制以及分布式的控制體系內(nèi)。

RS-485傳遞的最大距離大概是1220m，傳遞速度的max值是10Mbps。根據(jù)本實驗的研究可知，平衡式雙絞線在長度與傳輸?shù)乃俾手笜酥g存在著反比例的規(guī)律。同時，通過實驗檢測后發(fā)現(xiàn)，若速率數(shù)值不足100kbps的時候，才可以使得電纜的長度處于max值。同時，僅僅當間距不長時才可以使得傳遞的速度最快。通常不足100m的長雙絞線的最大傳遞速度只有1Mbps。RS-485所應匹配的終端電阻數(shù)量為2個，它的阻值一般和傳遞電纜特性的阻抗數(shù)值相匹配！。如果間距較短，那么在傳遞時則不需要終端電阻設備，也就是通常不足300m時，無需配置電阻設備，一般在傳遞總線的兩端處接上電阻設備。

2）ADAM的網(wǎng)狀式構(gòu)造

RS-485-般可以在ADAM環(huán)境中進行傳遞，單臺或是數(shù)臺監(jiān)督控制計算機能夠與數(shù)臺ADAM聯(lián)合RS-485整合為數(shù)工設備的網(wǎng)狀式構(gòu)造。ADAM模塊處在基本上隔離的狀態(tài)，通過雙絞線（即DATA+聯(lián)合DATA-）即能夠進行傳遞信息。不同的節(jié)點加以并行式相連，從而它們的功能不會受到某個節(jié)點處于閉合或是斷開狀態(tài)的消極影響。ADAM進行組網(wǎng)的過程中，使用的結(jié)構(gòu)通常是級聯(lián)為主，星形式其次，而互聯(lián)網(wǎng)所允許的能夠?qū)ひ挼鼐W(wǎng)址的ADAM板塊個量為256，每一段所能夠相連的AMAM個數(shù)為32。如果要遞增傳遞的間距或者是網(wǎng)絡狀的拓撲要求時，則須采納ADAM-4510中繼器[10]ADAM-4000與ADAM-5000二者混合式運用的網(wǎng)狀式構(gòu)造可具體參見下圖3所示。

2.2.3關(guān)鍵硬件設施的型號選擇簡介

1）工控計算機

監(jiān)控站計算機所采納的是“研華”型工控機IPC610Pentium?IV，基礎的配置規(guī)格為CPU2.8CHz/512M，其內(nèi)存為80G的硬盤，和運作組態(tài)軟件以及編程軟件的相關(guān)要求相吻合，性能比較地可靠，可以在較長的時間中即使是處于不利的狀態(tài)時，亦能夠維持正常的運作狀態(tài)。

2）ADAM4520

此硬件設施歸為不同模塊內(nèi)部的轉(zhuǎn)變，可以把RS-232的相關(guān)信息轉(zhuǎn)變?yōu)镽S-485信息，達到2個ADAM-5000體系經(jīng)由RS-485網(wǎng)狀式和監(jiān)督控制計算機通信的目標。

3）ADAM-5000體系

該體系屬于信息搜集與控制體系，其可以經(jīng)由數(shù)個途徑的I0板塊展開信息的控制、監(jiān)督與搜集工作。其外殼屬于較為堅固態(tài)的工業(yè)等級塑料。體系的主要組成部分如下：電源板和CPU板各1個、RS232/485以及4槽或8槽的底座等。CPU在整個體系中處于核心的地位，其任務在于實現(xiàn)ADAM-5000體系的一系列基本功能。該體系可以提供自動化數(shù)據(jù)的調(diào)控功能、模擬量I/0、數(shù)字量I/O、RS-232以及RS-485通信。ADAM-5000/485所包括的插槽數(shù)量為4個，支持1/0板塊的數(shù)量為4個。其中，I/O板塊所能夠支持的功能類型包括DI/DOIAIAO/Counter等。該系列能夠經(jīng)由ADAM-4000-5000Utility展開匹配與檢測，提供DLL的相關(guān)函數(shù)庫，目的在于為用戶進行編程時調(diào)用。同時，提供OPCServer，目的在于應用在與其他的軟件展開整合式運用。

2.2.4硬件設備和組態(tài)的安置

1）硬件設備的安置和最初狀態(tài)設備的安置

硬件設備的安置不單單包括各類模塊，同時還應配置+24V規(guī)格的電源設備，串口為直連線和RS-485規(guī)格的雙絞線，另外，須根據(jù)相關(guān)的要求展開接地式的相連。若通訊的間距比較遙遠之際，須于RS-485的通訊線處的首尾處將終端的電阻設備加以并聯(lián)處理。圖4所表示的是ADAM的網(wǎng)狀形態(tài)和若千電源接線的示意圖。

在安置且接線好硬件設備之后，就各個ADAM板塊，同時還須設置好具體的網(wǎng)址，ADAM-5000網(wǎng)址經(jīng)由DIP的開關(guān)進行8楨數(shù)據(jù)的設置，相應的網(wǎng)址發(fā)生有效的范疇處于0～255（00H～FFH），開關(guān)處在ON方位時屬于二進制1，而處于OFF方位時等于0。ADAM-4000地址采納的是專用型工具軟件加以安置。

接著，使用的程序為ADAM4000/5000Setup/Utility?Program。當處在INIT*情況時，匹配的參量主要是ADAM相應的網(wǎng)址、輸入/輸出的范疇、波特率以及協(xié)議。

亞當板塊通電以后，INIT*端子與GND端子進行短接時的板塊命名為INIT*狀態(tài)。其缺省值分別如下：波特率：9600;網(wǎng)址：00H;校驗和：無。具體設置的匹配頁面可參見下圖5所示。

2）I/O的接線分析

本論文將ADAM-5017中的8通道輸人的模擬量板塊作為例子，推介10的接線和網(wǎng)址的配置情況，具體可參見下圖6所示。

3結(jié)語

在智能化技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，智能化軟件和硬件設施的類型越來越為多元化，更新的周期也越來越短。借助于ADAM等新型技術(shù)所展開的規(guī)范化產(chǎn)品能夠達到工業(yè)控制網(wǎng)絡集成以及數(shù)據(jù)交互運用，從而使得現(xiàn)場的工業(yè)控制設備達到當場插和使用的目標，也能夠使得配備ADAM技術(shù)的軟件和硬件設備產(chǎn)品顯現(xiàn)出實際的工程運用效果。

參考文獻

[1]劉杰.工業(yè)生產(chǎn)中PLC控制網(wǎng)絡設計與研究[J].數(shù)碼世界，2019（3）：33-34.

[2]高銳強，朱虹，賈立東，等.基于SSL安全協(xié)議實現(xiàn)工業(yè)控制通訊協(xié)議加密及認證的研究[J].化工設計通訊，2019（01）：121-123.

[3]陳瑞瀅，陳澤茂，王浩.工業(yè)控制系統(tǒng)安全監(jiān)控協(xié)議的設計與優(yōu)化研究J].信息網(wǎng)絡安全，2019（02）：60-69.

[4]黃俊杰，汪濤，王文爍，等.基于嵌入式的工業(yè)多信息網(wǎng)絡交換系統(tǒng)設計[J]，儀表技術(shù)與傳感器，2019（06）：123-126.

[5]劉海燕，馬振濤.基于IFSF協(xié)議的通信系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].大眾科技，2019（03）：9-10+39.

[6]鄭魁敬，廉磊，郝任義.工業(yè)生產(chǎn)線集成控制與虛擬調(diào)試研究[J].制造技術(shù)與機床，2019（03）：128-135.

[7]陸耿虹，馮冬芹.基于粒子濾波的工業(yè)控制網(wǎng)絡態(tài)勢感知建模[J].自動化學報，2018（08）：1405-1412.

[8]張慧明.工業(yè)控制網(wǎng)絡安全脆弱性分析技術(shù)研究[J].電子測試，2018（18）：75+80.

[9]柏東明，曾麗花，馮梅，等.工業(yè)控制網(wǎng)絡安全防護探究[J].信息系統(tǒng)工程，2019（04）：150-151+153.

[10]陳亞亮，楊海軍，姚欽鋒，等.工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護體系研究[J].信息網(wǎng)絡安全，2013（10）：57-59.