工控系统中的工业以太网

来源：职称驿站所属分类：冶金论文发布时间：2011-06-11 16:35:36浏览：次

　　摘要：工业以太网根据生产实际需要的不同有多种结构方式，本文讨论了当前工控系统中工业以太网的几种主要结构及其冗余方式
　　关键词：工控系统，中央监控室，现场控制单元，工业以太网
　　
　　概述
　　工控系统即现场控制单元采集生产现场的数据，并最终将这些数据送到中央监控室集中监控，需要时由中央监控室通过现地控制单元下达控制命令的系统。工控系统覆盖整个生产现场，通过网络设备连接成一个整体，所有这些网络设备合成一个网，我们把这个网称为工业以太网。
　　
　　一、工控系统对工业以太网的要求
　　工控系统的出现，大大减少了工业生产中工作人员的劳动强度，优秀的工控系统可以实现少人值守甚至无人值守。人们可以把整个工业生产交给工控系统自动管理，生产现场只要少量人员留守。作为连接工控系统的网络，工业以太网相当于工控系统的血管，承担工控数据上行下传的任务。工业以太网一旦故障，整个工控系统都将停运，所有生产只能有人员手工完成。所以工控系统要求工业以太网必须长期、稳定和可靠的运行。
　　
　　二、局域网中常见的几种拓扑结构
　　工业以太网都是局域网，而常见的局域网拓扑结构包括：星型结构、环型结构、总线型结构、星型和总线型结合的复合型结构四种。
　　1、星型结构
　　这种结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星型网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用的最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。
　　2、环型结构
　　这种结构的网络形式主要应用于令牌网中，在这种网络结构中各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递，通常把这类网络称之为“令牌环网”。
　　3、总线型结构
　　这种网络拓扑结构比较简单，总线型中所有设备都直接与采用一条称为公共总线的传输介质相连，这种介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的。
　　4、星型和总线型结合的复合型结构
　　这种网络拓扑结构是由前面所讲的星型结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。这种网络拓扑结构同时兼顾了星型网与总线型网络的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。
　　这些网络拓扑结构各有优缺点，都可以用于工业以太网。其中星型结构应用得最为普遍，具有容易实现、节点扩展移动方便、维护容易、网络传输数据快等特点；环型结构主要应用于令牌网中，各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，具有现简单、投资最小、传输速度较快，但维护困难、扩展性能差的特点；总线型结构中所有设备都直接与总线相连，类似于星型结构；星型和总线型结合的复合型结构兼顾了星型网与总线型网络的优点，即解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量上的限制。
　　
　　三、工业以太网的几种主要冗余方式
　　鉴于工业以太网必须长期、稳定和可靠运行的要求，工业以太网一般都是常见局域网拓扑结构的冗余设计。当今主要的工业以太网冗余方式有链路层冗余、环网冗余和主干冗余(Trunking)。
　　1、链路层冗余是在网络的链路层提供多条数据路径，由网络设备自己选择该走哪条，这种冗余设计的主要缺点是网络中断恢复速度慢。
　　
　　2、环网冗余是使用环网提供高速冗余的一种技术，网络中断恢复在300ms以下。
　　
　　3、主干冗余中将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口，并建立连接，即增强了网络吞吐量，也实现了冗余。主干冗余一般的网络中断恢复时间在10ms以下。如果用两套主干冗余的局域网组成工业以太网，我们就称之为双冗余总线型工业以太网。
　　
　　
　　结束语
　　以冗余以太网传输技术为工业控制系统构造高可靠性的网络系统，这项技术可广泛应用在规模较大、可靠性要求较高的监控系统。
　　总之,随着工业以太网技术的成熟和统一,工业以太网技术应用将会越来越广泛为自动化技术的实现提供更为强大的可靠的保证,将在国家“以信息化带动工业化”的进程中发挥越来越重要作用。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]郑文波.控制网络技术[M].北京:清华大学出版社
　　[2]徐皑冬,王宏.基于以太网的控制网络[J].信息与控制