【文章內(nèi)容簡介】 ?網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷波動大 ?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點越多，碰撞越頻繁 因此在商用環(huán)境下，無通信響應(yīng)實時性可言 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信特點 ? 傳輸?shù)男畔⒘可?，信息長度都比較小 ? 周期性信息較多 ? 測量、控制信息 ? 非周期性信息較少 ? 用戶操作指令、組態(tài)信息、診斷信息等等 ? 報警等突發(fā)性事件信息 ? 需要傳輸?shù)男畔⑸? ? 網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較為平穩(wěn) ? 信息流向具有明顯的方向性 ? 節(jié)點數(shù)少 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 今天的以太網(wǎng)優(yōu)勢 昨天的以太網(wǎng) 今天的以太網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 總線型 星型、總線型 集線器 共享式 交換式 通信速率 幾 M 100、 1000M、 …… 傳輸介質(zhì) 粗同軸電纜 光纖、粗纜、細(xì)纜、雙絞線 通信方式 半雙工 半雙工、全雙工 芯片成本 高于 $1000 十幾人民幣 芯片應(yīng)用環(huán)境 商業(yè)級 工業(yè)級芯片已有問世 應(yīng)用 商業(yè)終端 幾乎所有領(lǐng)域 軟硬件資源 有限 豐富 被認(rèn)知程度 不熟悉 非常熟悉、幾乎無需培訓(xùn) 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 ?以太網(wǎng)完全能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信實時性要求 ?以太網(wǎng)具有 ARC等專用網(wǎng)絡(luò)所無法比擬的優(yōu)勢： ?技術(shù)通用，與信息網(wǎng)絡(luò) IT技術(shù)兼容 ?價格低廉 ?供應(yīng)方便 ?培訓(xùn)、維護(hù)簡單 與令牌網(wǎng)相比，以太網(wǎng)的優(yōu)勢 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 已成為控制系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)首選 ?國內(nèi)外自上世紀(jì)九十代中后期開始已將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動化 ?基于以太網(wǎng)的 DCS ?FUJI的 OPEN AX、浙大中控的 JX300X、 FisherRosemount的 DeltaV等 ?基于以太網(wǎng)的 PLC與遠(yuǎn)程 I/O ?MODICON、 AB、 GE Fanuc 等 ?基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場儀表和儀器 ?HP、浙大中控、 NI等 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 中高層網(wǎng)絡(luò)廣泛采用以太網(wǎng) Foundation Fieldbus HSE Ether/IP PROFINet MODBUS TCP PNET on Ether Interbus on Ether 返回本章首頁 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 什么是工業(yè)以太網(wǎng) ? 工業(yè)以太網(wǎng) ?技術(shù)上，工業(yè)以太網(wǎng)與商用以太網(wǎng)（即 ISO/IEC 8802。 IEC 617841。 IEEE Std 1588:2023。 IEEE Q標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)兼容 ?應(yīng)用在工業(yè)自動化環(huán)境（主要指生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境） ?必須滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信的需求 ? 將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于控制器間、甚至是現(xiàn)場設(shè)備間的工業(yè)通信 ? 支持現(xiàn)場區(qū)域的 Inter能力，但必須滿足現(xiàn)場區(qū)域的工業(yè)通信自動化網(wǎng)絡(luò)的以下特征 ?實時性，即時間確定性通信； ?現(xiàn)場設(shè)備（如驅(qū)動器）時間同步的行為 ?充分而頻繁的交換非常小的數(shù)據(jù)記錄 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)要求 ? （ 1）具有較好的響應(yīng)實時性 ? 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不僅要求傳輸速度快，而且在工業(yè)自動化控制中還要求響應(yīng)快，即響應(yīng)實時性要好，一般為為毫秒 ~級 ? （ 2）容錯性要求 ? 在網(wǎng)絡(luò)局部鏈路出現(xiàn)故障的情況下，能在很短的時間內(nèi)重新建立新的網(wǎng)絡(luò)鏈路 ? （ 3）力求簡潔 ? 以減小軟硬件開銷，從而減低設(shè)備成本，同時也可以提高系統(tǒng)的健壯性 ? （ 4）開放性要好 ? 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)盡量不要采用專用網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 需要解決的關(guān)鍵技術(shù) ? 通信實時性技術(shù) ? 總線供電技術(shù) ? 互可操作技術(shù) ? 遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù) ? 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) ? 可靠性與抗干擾技術(shù) ? 本質(zhì)安全 ? …… 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 國家“ 863”計劃組織攻關(guān)情況 ? 一個重點課題 ?“基于高速以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場總線控制設(shè)備”（編號：2023AA413010） ?承擔(dān)單位：浙江大學(xué) ?參加單位：浙大中控、中科院沈陽自動化所、大連理工大學(xué)、清華大學(xué) ? 二個面上課題 ?“ 現(xiàn)場級無線以太網(wǎng)協(xié)議研究及設(shè)備開發(fā)”（編號：2023AA413610） ?承擔(dān)單位：中科院沈陽自動化所 ?“基于‘藍(lán)牙’技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)其及關(guān)鍵技術(shù)研究” ?承擔(dān)單位：重慶郵電學(xué)院 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 已取得的成果 ? 工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān) ? 解決了：以太網(wǎng)實時通信、總線供電、可靠性與抗干擾、遠(yuǎn)距離傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全以及基于以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)等難題 ? 起草了 EPA國家標(biāo)準(zhǔn)，參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作 ? 歷時 15個月，先后 8次召開標(biāo)準(zhǔn)起草工作會議，起草了《用于測量與控制系統(tǒng)的 EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)》 ? 開發(fā)了基于 EPA的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并在生產(chǎn)現(xiàn)場成功應(yīng)用 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 提高通信響應(yīng)實時性的方法 ? 交換式以太網(wǎng)技術(shù) ? 消除交換機(jī)端口對端口之間的碰撞 ? 全雙工通信技術(shù) ? 消除交換機(jī)端口與設(shè)備端口之間的碰撞 ? 降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率 ? 減少沖突 ? 優(yōu)先級技術(shù) ? 時間緊急事件先處理 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 基于以太網(wǎng)的確定性通信 ?技術(shù)特點 ?實時信息和非實時信息，采用不同的通信調(diào)度方式 ?周期信息：采用一種時隙訪問的控制方式，以固定的時隙進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)交換 ?非周期信息：采用集中調(diào)度方式，在周期信息通信的間隙進(jìn)行 ?三個優(yōu)先級： 0、 2級 傳輸周期 傳輸周期 時間 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 確定性通信 設(shè)備發(fā)送周期信息的時間 設(shè)備發(fā)送聲明報文的時間 傳輸周期 周期通信 非周期通信 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D 表示設(shè)備 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 通信實時性效果 ? 提高通信實時性方法 ? 現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)分區(qū)域微網(wǎng)化，控制每個網(wǎng)段節(jié)點數(shù) ? 系統(tǒng)主干網(wǎng)、各控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間相互隔離，減少負(fù)荷 ? 采用確定性通信方法 ? 減少通信處理量 ? 效果 ? 經(jīng)測試，通信響應(yīng)時間小于 2ms，甚至可小于 1ms 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng) 周黎輝，華北電力大學(xué)自動化 系 基于以太網(wǎng)的總線供電技術(shù) ? 總線供電是工