工业Ethernet在电厂远程实时监控系统中的应用
日期：2006-10-22 22:20:51 来源：本文摘自《PLC&FA》
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而以太网(Ethernet)是目前应用最为广泛的计算机通信技术，它具有开放性、低成本、广泛的软硬件技术支持等优势，有利于现场控制的彻底分散。特别是，随着高性能智能仪表的出现，高兆网(从100Mbps、1000Mbps到1Gbps)的普遍使用, 使以太网逐步进入工业控制领域，是目前企业信息综合自动化系统理想的解决方案，日益进步成为网络控制系统的发展趋势。本文主要根据工业Ethernet技术的技术优势，阐述其在电厂实时监控系统中的应用。
(1) 数据传输速率高，提供足够的带宽;
(2) 使用交互式和开放的数据存取技术;
(3) 多种传输协议并行;
(4) 具有广泛的技术支持;
(5) 允许使用不同的物理介质和构建不同的拓扑结构。
以太网本质上只是一个物理层标准，就像RS-232/485标准一样，目前网络传输协议TCP/IP基本上已成为通用标准，为多数厂家所接受，但在应用层协议上还存在分歧。目前主要的现场总线组织都在开发基于以太网的现场总线协议(如FF、Profibus等)，更有一些公司已在开发具有以太网接口的产品，并有研究成果出现。从市场角度考虑，工业Ethernet在应用层的统一还需比较长的时间[1]。
工业Ethernet和Internet技术的发展完全改变了传统企业的网络架构，工业Ethernet向控制系统底层延伸是必然趋势。以太网在现场最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP，使以太网很容易集成到以Internet和Web技术为代表的信息网络系统中，Web技术的渗透使过程I/O信号不再专属于某一控制系统;智能仪表的出现更使用户不必亲临现场就能监控生产过程。因此，基于Ethernet+TCP/IP的智能传感器、变送器直接成为网络的节点，其控制参数和状态直接在企业信息网络内传输和共享，从而避免了FCS因存在多种协议而难以集成的局面。但工业Ethernet采用CSMA/CD协议，其解决通信冲突的方法本质上不具有通信确定性和鲁棒性，使其并不能完全取代现场总线，不同控制网络走向统一的时机还远未到来。目前在工业过程控制领域中最好的解决方案是融合或组合以太网和现场总线技术，可以有效的保护既有的技术和投资，并实现系统集成[2]。Ethernet/FCS的网络结构如图1所示:
3 基于Ethernet的电厂监控系统体系结构
由于与Internet的无缝结合、低成本、高带宽以及广泛的开放性和兼容性，以太网已成为企业内部网Intranet的首要选择。基于Ethernet技术的工业控制网络模型的创新点和最主要的特点是融合Ethernet技术和FCS，贯穿于整个网络的各层次，使它成为透明的覆盖整个电厂范围的应用实体，实现电厂MIS、SIS和现场DCS的管控一体化的无缝结合。将现场设备和管理层集成于同一层以太网上形成扁平化的电厂控制网络远程监控示意图如图2所示:
1 引言WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
随着现代电厂信息自动化进程的加快，电厂逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来，实现电厂信息管理系统MIS(Management Information System)、厂级监控信息系统SIS(Supervisory Information System)、分散控制系统DCS(Distributed Control System)三层信息系统管控一体化。在电厂DCS设计过程中，通常采用的是现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)，但现场总线相互之间兼容性差、生产现场自控设备的种类繁多，导致不同的总线产品之间无法实现互连、互换和统一组态。
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而以太网(Ethernet)是目前应用最为广泛的计算机通信技术，它具有开放性、低成本、广泛的软硬件技术支持等优势，有利于现场控制的彻底分散。特别是，随着高性能智能仪表的出现，高兆网(从100Mbps、1000Mbps到1Gbps)的普遍使用, 使以太网逐步进入工业控制领域，是目前企业信息综合自动化系统理想的解决方案，日益进步成为网络控制系统的发展趋势。本文主要根据工业Ethernet技术的技术优势，阐述其在电厂实时监控系统中的应用。
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2 工业Ethernet的应用现状P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
以太网最早起源于美国夏威夷大学，其具有以下优点:
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(1) 数据传输速率高，提供足够的带宽;
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(2) 使用交互式和开放的数据存取技术;
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(3) 多种传输协议并行;
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(4) 具有广泛的技术支持;
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(5) 允许使用不同的物理介质和构建不同的拓扑结构。
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以太网本质上只是一个物理层标准，就像RS-232/485标准一样，目前网络传输协议TCP/IP基本上已成为通用标准，为多数厂家所接受，但在应用层协议上还存在分歧。目前主要的现场总线组织都在开发基于以太网的现场总线协议(如FF、Profibus等)，更有一些公司已在开发具有以太网接口的产品，并有研究成果出现。从市场角度考虑，工业Ethernet在应用层的统一还需比较长的时间[1]。
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工业Ethernet和Internet技术的发展完全改变了传统企业的网络架构，工业Ethernet向控制系统底层延伸是必然趋势。以太网在现场最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP，使以太网很容易集成到以Internet和Web技术为代表的信息网络系统中，Web技术的渗透使过程I/O信号不再专属于某一控制系统;智能仪表的出现更使用户不必亲临现场就能监控生产过程。因此，基于Ethernet+TCP/IP的智能传感器、变送器直接成为网络的节点，其控制参数和状态直接在企业信息网络内传输和共享，从而避免了FCS因存在多种协议而难以集成的局面。但工业Ethernet采用CSMA/CD协议，其解决通信冲突的方法本质上不具有通信确定性和鲁棒性，使其并不能完全取代现场总线，不同控制网络走向统一的时机还远未到来。目前在工业过程控制领域中最好的解决方案是融合或组合以太网和现场总线技术，可以有效的保护既有的技术和投资，并实现系统集成[2]。Ethernet/FCS的网络结构如图1所示:
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图1 Ethemet/FCS的网络结构
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3 基于Ethernet的电厂监控系统体系结构
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由于与Internet的无缝结合、低成本、高带宽以及广泛的开放性和兼容性，以太网已成为企业内部网Intranet的首要选择。基于Ethernet技术的工业控制网络模型的创新点和最主要的特点是融合Ethernet技术和FCS，贯穿于整个网络的各层次，使它成为透明的覆盖整个电厂范围的应用实体，实现电厂MIS、SIS和现场DCS的管控一体化的无缝结合。将现场设备和管理层集成于同一层以太网上形成扁平化的电厂控制网络远程监控示意图如图2所示:
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图2 基于Web的电厂监控系统软件体系结构图
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