工业以太网在企业集成信息系统中的应用.docx

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1、工业以太网在企业集成信息系统中的应用mahaiyan导语：介绍了企业信息系统的构成,引入了以太网技术，具体分析了以太网在设备层和经过控制层的应用，并简单介绍了应用的关键技术及以太网协议【摘要】：介绍了企业信息系统的构成,引入了以太网技术，具体分析了以太网在设备层和经过控制层的应用，并简单介绍了应用的关键技术及以太网协议。【关键词】：信息集成，工业以太网，实时性，应用层协议随着网络技术，通讯技术，计算机技术，以及集成电路技术的开展，企业获得竞争力的根本在于其经营经过的各个环节是否协调和整体优化，只有实现企业各个经营环节的信息前后贯串和分享，使企业的应用系统严密匹配企业的业务流程和业务模型，才能主

2、动或者被动地重组经营经过并灵敏地响应市场变化，这就对企业集成技术提出了越来越高的要求。现场总线技术的开展已经极大地改变了企业控制系统的构造，它具有开放，分散，数字化，可互操纵等特点，有利于企业自动化系统与信息治理系统的集成，然而现场总线由于技术程度和市场利益的原因，存在着标准不统一，设备价格居高不下，传输速度慢，二次开发本钱高等缺陷，为了改善和企业内部信息网络的集成，留意到了以太网技术。企业的信息层大多数已经应用了以太网的解决方案，而在控制层和设备层引入以太网的技术是实现无缝连接的最正确方案，传统的现场总线由于协议的不统一，互操纵性较差，需要安装转换的网关，既进步了费用又不方便。而工业以太网由

3、于具有统一的标准，为各种信息交换提供了便捷。1.企业集成信息系统的构成图为企业信息系统功能模型及层次构造。其顶层为决策层，底层为现场控制层，自下而上中间各层分别为监控优化层，调度层，方案层，治理层，决策层。各功能块在计算机网络和数据库支持下运行。企业决策系统根据企业内部，外部信息，对企业经营，产品策略的中长期目的与规划提出决策支持;治理系统对厂级，车间，科室的业务信息实现集成治理，并按照决策系统的指令形成逻辑策略;消费方案调度系统完成消费方案分解，消费调度，消费统计等功能，形成具体的消费方案，消费策略和经过策略;监控系统实现经过优化，高等控制，统计控制，故障诊断等功能;现场直接控制系统那么完成

4、消费经过的检测与常规控制功能。2.工业以太网技术应用2.1以太网以太网是最早的局域网，也是目前应用最广泛，最具有代表性的局域网。按照ISO/OSI的7层参考模型，以太网标准只定义了物理层和数据链路层。而工业以太网是基于商用以太网协议和标准开展而来的，是以太网技术和工业需求相结合的产物。以太网其接入网取消了有关的网络单元，使网络大大简化构造，且由于构造简单，便于维护和治理，网络的建立本钱大幅度下降。以太网所制定的标准在兼容性方面以到达即插即用的程度，成为可普遍采用的网络技术。以太网可通过支持软件利用自动协商功能实现不同工作形式，不同工作速率和不同传输介质之间的转换，网络拓扑构造可根据用户需要随时

5、修改，其节点可随时增加也可挪动，遨游。以太网作为用户通用效劳接口，带宽的扩展效劳晋级就变得相当简单，只需效劳商把用户的生级要求输入到相关效劳处理系统，通过计算机改变软件参数，调宽用户所需带宽要求，晋级本钱可忽略不计。用户接入带宽晋级后可以很自然地与干线网对接消除了所谓的瓶颈效应。以太网的传输速率，最低10Mbit/s，最高可达10Gbit/s，这样的速率完全可以知足MAN，WAN网络需求的。假设LAN，WAN，WAN统一采用以太网技术，不但网络晋级方便，而且防止了不同网络之间必须执行的协议转换，进而简化了网络。由于以太网具有上述种种优越，使以太网充分应用于各个领域。2.2以太网在底层的应用分析

6、以太网由于协议统一，传输速度快优点，在底层逐渐取代了现场总线或者与现场总线结合形成控制系统，以便到达企业信息系统的集成。以下给出了以太网用于底层的根本框图:每个智能设备都配有嵌入式以太网接口，将该设备作为一个以太网节点直接连接到以太网上。而每个设备各自都有分配的IP地址，使设备之间不需要其它设备的帮助就可以通讯，设备的任务是对现场的参数进展收集，并对设备进展监控，通过以太网与上层进展连接，采用TCP/IP作为底层通讯协议，将数据实时，快速，准确地反映给上层，而最终治理层通过不断更新的信息进展决策的调整，进步工作效率。通过以太网的抗干扰设计，能保证在车间恶劣环境下的通讯通畅和实时性，且易于与治理

7、层集成。操纵员站，工程师站，中央控制室，控制器，用于完成系统的监控，现场的组态及复杂控制算法的施行等工作，另外将数据从现场控制级收集上来进展处理后，向上一级传输，效劳器，主要完成历史数据的处理，并与企业MIS系统，ERP系统进展数据分享，实现企业的管控一体化。选择适宜的工业以太网网络设备，要从以太网通讯协议、电源、通讯速率、工业环境认证、安装方式、散热性、简单通讯功能和通讯治理功能、电口或者光口等方面进展考虑。如控制器，中继器，交换机，变换器设备的选择等。其中主干网基于以太网通讯标准协议，采用光缆或者屏蔽双绞线，使用工业以太网交换机实现环行冗余。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层。

8、需要留意的是，由于企业的3层网络传输的数据类型和对实时性的要求不同，所以固然从上到下都是工业以太网，但在不同层次之间还需设置路由器或者网桥如附图所示。使用路由器可以阻断以太网上的播送信息，但假如所选择的路由器速度太慢，那么会形成传输的瓶颈。采用以太网架构以后，控制器的位置也可以打破传统网络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强，在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web效劳器，进而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为透明工厂。此外，通过

9、Internet可以实现对工业消费经过的实时远程监控，将实时消费数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使消费不只是面向定单的消费，而是直接面向时机和市场的电子制造，进而使企业可以适应经济全球化的要求。2.3以太网的关键技术:以太网所要解决的关键技术主要有实时性和确定性及可靠性和平安性。为了确保实时性和可靠性，在网络拓扑上，采用星形代替总线型;使用网桥或者路由器等设备将网络分割成多段网络;采用以太网交换机;采用全双工技术;在以太网MAC层上增加确定性调度层，在工业以太网中采用QoS技术。由于工业现场的机械，气候，尘埃等条件非常恶劣，工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性以及可维护性。假如需

10、要更强大的抗干扰才能可以采用屏蔽双绞线或者光纤网络。在进展系统设计时，可通过可靠性设计进步现场设备的可靠性;采用环行冗余构造Ethernet以进步系统的可恢复性;采用智能设备治理系统，对现场设备进展在线监视和诊断，维护治理。对以太网现场设备包括安装在现场的以太网交换机采取增安、气密、浇封等防爆措施，使得本身的故障产生的电火能量不会外泄，以保证系统使用的平安性。工业以太网将控制层和治理层连接起来，上下网段使用一样的协议，具有互操纵性。使用两级防火墙，一层防火墙防止来自外部的非法访问，第二级的防火墙可以屏蔽内部网络的非法访问。另外还可用根据日志记录调整过滤和登录策略。2.4工业以太网的协议:由于传

11、统的网络用的现场总线，假如大规模的替换，投资本钱大幅度增加，而且对原来系统也形成了浪费，所以也常将现场总线与以太网相结合，方案有以下几种:1.包裹法典型代表是CIP、HSE和Modbus-TCP/IP.整合的方法是:将几个保持原样的现场总线报文作为用户数据嵌入TCP/UDP的数据帧，然后在Ethernet上发送。它不需要花时间制定新的标准，具有向下兼容，不同现场总线的数据帧可以同时传输。InterBus采用反向包裹法。它是将TCP/IP数据帧嵌入In-terBus报文。由于InterBus报文短，TCP/IP数据帧被拆开传送。这样InterBus设备可以不受影响地用在现场，正常运行时的现场总县

12、短报文信息传输效率大大进步。需要拆开传送的长报文主要用语传送程序和组态信息，这种传送出现的几率稍低，而且对实时性的要求也低。2.网关和代理效劳器法网关和代理效劳器法是传统的跨协议转换方法，在现场总线领域中的典型代表是Profit。采用的方法是通过网关或者代理效劳器进展Ethernet与现场总线的信息转换。3.重建法就是抛弃已有现场总线，为Ethernet建新的实时通讯拥护层，进而建立以Ethernet为根底的全新现场总线。典型代表是IDA。3.完毕语随着信息技术的飞速开展，企业为了在竞争中保持领先地位，治理层需及时理解到消费设备层的实时信息，进展决策和治理，而传统的底层采用现场总线，固然在一定程度上具有开放性，且将功能下放到现场，智能仪表可进展一般的计算，控制，可是由于各厂家为了利益，没有统一的协议，需要用网关，网桥等进展协议的转化，而工业以太网以开放性，低本钱，传输快等上风，逐步取代现场总线或者与现场总线兼容，实现信息网络和控制网络的无缝集成。随着科技的开展，以往出现的阻碍开展的实时性，互操纵性，网络平安性等缺陷得到逐步改善，以太网的广泛应用已是大势所趋。我们有理由相信，在不久的将来，一个统一的、具有可互操纵性的工业以太网将在企业信息集成系统的中下层中发挥越来越重要的作用。0