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工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化
本文通過對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行研究，認(rèn)為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮將如今多種流行技術(shù)融合，使得工業(yè)控制領(lǐng)域拓展了發(fā)展空間，并且有著新的發(fā)展機(jī)遇。
摘要：隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，一場(chǎng)前所未有的變革在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域當(dāng)中，并且日益向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 工業(yè)控制系統(tǒng)已跨入網(wǎng)絡(luò)化控制的新階段,網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)控制系統(tǒng)已成為制造業(yè)控制、過程控制和測(cè)控技術(shù)等領(lǐng)域中的重要研究方向。
關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)化
一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r
由于控制系統(tǒng)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著緊密的聯(lián)系。在上世紀(jì)五十年代，在控制系統(tǒng)當(dāng)中就開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)。而在上世紀(jì)六十年代初期，控制系統(tǒng)當(dāng)中就有著模擬控制被計(jì)算機(jī)完全替代，這也就是俗稱的直接數(shù)字控制。到了上世紀(jì)七十年代中期之后，由于當(dāng)時(shí)忑微處理器，這使得有著快速發(fā)展的時(shí)期在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，由于這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在進(jìn)行分散控制的時(shí)候采用多臺(tái)微處理器，并且集中管理則是通過數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)候也被稱為集散控制系統(tǒng)。在上世紀(jì)八十年代之后，通過對(duì)微處理器以及一些外圍線路的利用，從而使得模擬儀表被數(shù)字式儀表所代替，這種控制方式的采納，使得整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和控制的靈活性得到顯著的提高，并且由于系統(tǒng)當(dāng)中是使用多回路的巡回采樣及控制技術(shù)，這就使得和傳統(tǒng)模擬儀表相比，其有著的性價(jià)比比較高。在八十年代中后期這一階段，在面臨著日益復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，這就使得進(jìn)一步增多回路控制，單一的控制系統(tǒng)在面臨著現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制要求以及生產(chǎn)工作的管理要求則不能夠滿足，并且在這一階段有著很大的提高在微機(jī)和中小型計(jì)算機(jī)的性價(jià)比。所以，大量的進(jìn)行應(yīng)用微機(jī)和中小型計(jì)算機(jī)兩者共同作用下的分層控制系統(tǒng)當(dāng)中。而進(jìn)入九十年代之后，該階段計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅猛發(fā)展，這使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也得到更迅速的發(fā)展，并且系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性得到顯著的提高，如今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)依然在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)著明顯的主導(dǎo)地位，可是由于顯現(xiàn)出的封閉性、所需要的費(fèi)用比較高以及進(jìn)行布線比較復(fù)雜，這使得有著很大的困難在進(jìn)行不同廠家產(chǎn)品的集成上。而在上世紀(jì)八十年代后期以來，由于出現(xiàn)大規(guī)模集成電路的大發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化趨勢(shì)增強(qiáng)，這樣就積極的需求能夠通過一根通信電纜，就能夠?qū)⒕哂薪y(tǒng)一通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備技能型連接，而設(shè)備層所傳遞的是數(shù)字信號(hào)，而不是傳統(tǒng)之前的I/O信號(hào)，這也就是俗稱的現(xiàn)場(chǎng)總線。由于現(xiàn)場(chǎng)總線將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)當(dāng)中的自身開放性和可靠性問題進(jìn)行了解決，這使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。自從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)提出之后，一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家以及跨國工業(yè)公司都退出自己的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)產(chǎn)品。
二、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究現(xiàn)狀
為了對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中的技術(shù)瓶頸進(jìn)行克服，更加適合現(xiàn)場(chǎng)需要，這時(shí)候就應(yīng)運(yùn)而生現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容就是通過現(xiàn)場(chǎng)只能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)使用多借點(diǎn)、數(shù)字式以及雙向串行通信網(wǎng)絡(luò)連接，這也就是現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。由于控制網(wǎng)絡(luò)所直接面向的對(duì)象是生產(chǎn)過程，這是和Internet、Intranet等類型的信息網(wǎng)絡(luò)有著本質(zhì)上的區(qū)別，所以要對(duì)的可用性、可靠性、資料完整性和實(shí)時(shí)性比較高。為了對(duì)這些特性進(jìn)行滿足，則必須將標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得其中的一些中間層進(jìn)行省略。只是應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這三個(gè)層次。
在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展初期階段，各個(gè)公司都有著自己的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的提出。為了對(duì)如此混亂的局面進(jìn)行解決，在1999年12月31日通過投票，IEC確定了國際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，而之后在此基礎(chǔ)上所形成的新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，其中糅合了智能儀表、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)手段，并且做到了從根本上突破以往的傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬信號(hào)或者是數(shù)字，解決了以往模擬信號(hào)控制所具備的局限性，這使得新構(gòu)成的通信和控制系統(tǒng)具有多接點(diǎn)、互連、智能、全分散、多變量、雙向以及全數(shù)字化。并且有著比較大的變化在相對(duì)應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中。其典型結(jié)構(gòu)分為3層：設(shè)備層、控制層和信息層。
三、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)存在的問題
雖然這些年有著非常迅速的發(fā)展在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)上，可是在應(yīng)用過程當(dāng)中也面臨著諸多的問題，并且隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其制約范圍也呈現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)，其問題主要總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
首先在進(jìn)行選擇現(xiàn)場(chǎng)總線上。即使目前IEC組織已經(jīng)達(dá)成國際總線標(biāo)準(zhǔn)，可是在現(xiàn)實(shí)過程當(dāng)中總線種類依然顯得過多，所有的現(xiàn)場(chǎng)總線都有著最合適的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于客戶來說，依然比較棘手的是實(shí)際的客觀情況按照應(yīng)用對(duì)象，通過各種不同層次的現(xiàn)場(chǎng)總線組合進(jìn)行使用，這樣使得系統(tǒng)的各個(gè)部分都能夠做到最合適的現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇。
其次是系統(tǒng)的集成問題。在及時(shí)的應(yīng)用過程當(dāng)中，一般在一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線都會(huì)有多種形式的采用，所以必須做到無縫集成在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是管控一體化在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)布局的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)要對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)距離進(jìn)行考慮，還應(yīng)該對(duì)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的功能關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)上信息的流動(dòng)情況等情況進(jìn)行考慮。而現(xiàn)實(shí)情況是智能化的現(xiàn)場(chǎng)儀表有著很強(qiáng)的功能性，所以就會(huì)有著相同的功能塊在許多儀表當(dāng)中，要仔細(xì)考慮哪個(gè)功能塊在組態(tài)時(shí)選用，并且要最小化在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的信息流動(dòng)上。并且有著很重要的是組態(tài)通信參數(shù)，要做好平衡在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與網(wǎng)絡(luò)效率兩者之間。
最后存在著技術(shù)瓶頸。在系統(tǒng)當(dāng)中存在著技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在：一方面當(dāng)總線電纜截?cái)鄷r(shí)，整個(gè)系統(tǒng)有可能癱瘓。用戶希望這時(shí)系統(tǒng)的效能可以降低，但不能崩潰，這一點(diǎn)目前許多現(xiàn)場(chǎng)總線不能保證;另一方面系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過分復(fù)雜�，F(xiàn)場(chǎng)總線的組態(tài)。參數(shù)很多，不容易掌握，但組態(tài)參數(shù)設(shè)定得好壞，對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。
四、結(jié)束語
綜上所述，立足于當(dāng)前的趨勢(shì)分析，工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制當(dāng)前還比較難做到使用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行替代和作為進(jìn)行實(shí)時(shí)控制通信的單一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化采納現(xiàn)場(chǎng)總線顯得良莠不齊，而以后的發(fā)展趨勢(shì)是通過混合式控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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[2]羅公亮.希望的曙光——工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)OPC DX[J].冶金自動(dòng)化,2002,2
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