基于以太网技术的工业远程监控系统
文／晏启恒 刘丹
【摘 要】在介绍了以太网技术进入工业控制领域的原因及所需解决实时性、可靠性、安全性和互操作性的基础上,提出了基于工业以太网的锅炉控制系统整体方案。
【期刊名称】电子商务 【年(卷),期】2010(000)006 【总页数】2
【关键词】工业以太网；监控系统；集散控制；信息网络化；锅炉
引言
当计算机控制技术、网络通信技术被引入到工业控制领域的时候，引发了传统工业控制领域的巨大变革。这让信息网络化成为工业控制领域的一个显著特征。实现控制系统网络化,也已经成为控制理论研究的热点和发展的方向之一[1]。 传统的控制系统一般采用RS232、RS485等通讯方式，其传输率低、传输距离短、抗干扰能力较差，难以满足实时高速数据通讯的要求。而基于以太网技术的控制网络符合控制网络的这一发展趋势，是控制系统网络发展的主要方向[2]。它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始并对该领域的发展产生了重要的影响。
一、制造企业控制系统的发展现状
当今制造业全球化竞争日益激烈，企业管理者为了把握最新的市场脉动，使生产快速反映市场最新的需求动态，缩短产品的研发周期，提前新产品的上市时间，这就需要根据制造企业范围内的连续信息流，应用于战略决策。从企业的
生产第一线，到企业生产控制层，最后到企业的管理层。因此制造企业必须大力开展企业内部控制网络化建设。目前自动化控制系统的形式主要有基于串口通信的计算机集中控制、集散控制系统(Distributed Control System，DCS)、和基于现场总线的控制系统(Fieldbus Control System，FCS)[3]。 1、集散控制系统存在的问题
(1)由于各个厂家的标准都是封闭的标准，造成系统开放困难，不同厂家的设备难以实现互联，造成了“信息孤岛”；
(2)尽管相对于计算机直接控制，其功能实现了分散，但由于现场的工作仍然依赖主控机，主控机出现故障仍然会影响控制系统的正常工作；
(3)系统被硬性地定义为“系统中每个处理器分配有一个特定的任务”，不利于系统控制任务的灵活实时下载；
(4)现场站和I/O之间的信号为一对一的4-20mA模拟信号，造成线路复杂，且模拟信号容易受到外界因素的干扰，影响了系统的控制品质。 2、现场总线的控制系统存在的问题
现场总线控制系统和DCS系统相比具有明显的优点，曾被视为是21世纪控制系统的主流，但随着网络控制系统的发展，也暴露了以下不足： (1)标准繁杂
现场总线国际标准有12种，各个标准都有其特点，因为不同的现场总线的通信协议差异很大，所以不同总线产品的互连非常困难，这给现场总线技术的推广及现场总线控制系统的应用带来不利影响。 (2)可互操作性
现场总线的主要特点之一是可互操作性，但现有的12种现场总线国际标准中，
异种现场总线之间是不能进行互操作的。 (3)现场设备缺少选择余地
标准过多，但缺少选择余地。近几年来，虽然国内也有不少厂家生产现场总线仪表，但品种，数量都比较少，达不到批量生产，成本居高不下。
二、工业以太网
1、工业以太网的发展
如今的工业网络，虽然现场总线技术仍然是主流，但是工业以太网正在以每年40%－50%的速度可持续的发展和普及，从企业管理层迅速地渗透到现场控制层。几乎所有的以太网协议，无论是Profinet、DeviceNet、CANOpen还是CC-Link，增长的百分比都达到了两位数以上。据A R C(Automation Research Company)预测，到2011年，工业以太网的市场可以达到13亿美元[4]。
2、工业以太网的技术优势
与各种现场总线相比,工业以太网有以下优点:
(1)应用广泛以太网标准开放，各个厂家的设备能够互相兼容，以太网技术成熟，软硬件丰富，为广大用户所熟悉，普及程度极高。
(2)通讯速率高目前以太网广泛应用的通讯速率已从10Mbit/s提高到100Mbit/s，1000Mbit/s以太网技术也逐渐成熟并有所应用，10Gbit/s以太网也正在研究。以太网可以满足对带宽有更高要求的场合。
(3)发展前景广阔以太网应用的普及性和支持的广泛性以及与其密切相关的信息技术的高速发展，决定了以太网具有很广阔的发展前景[5]。 3、以太网应用于工业控制系统中的关键问题
基于以太网技术的工业远程监控系统
