工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例
近些年我國的國民經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展,工業(yè)現(xiàn)代化的步伐不斷加快,人口的高度集中,城市用水量和污水的排放量不斷增加,加劇了用水緊張和水質(zhì)污染。污水如果任意排放將造成環(huán)境的巨大污染。因此,污水處理受到世界各國廣泛重視,我國尤其如此。在這種背景下,近年來國內(nèi)建設(shè)了許多現(xiàn)代化的大中型污水處理廠。大中型污水廠的共同特點(diǎn)是:日處理污水量非常大、污水所含成分比較復(fù)雜、處理單元比較多而且每個(gè)處理單元相對(duì)位置比較遠(yuǎn)、設(shè)備位置比較分散等。具有這些特點(diǎn)的大中型污水處理廠,使用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)時(shí)不僅需要鋪設(shè)大量電纜、增設(shè)控制裝置、使信號(hào)的采集和傳送不及時(shí)、不完整,而且需要增加操作人員和維護(hù)人員,這樣不但給設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和維護(hù)帶來諸多麻煩,而且增加投資費(fèi)用和運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。如果要想避免這些缺點(diǎn),可以在污水處理廠的自控系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線技術(shù)或工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域。它具有實(shí)時(shí)性好、布線簡單、可靠性高的特點(diǎn),比較適合工業(yè)環(huán)境。但是,它也有自己的缺點(diǎn),如標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、各個(gè)廠商各自為政;傳輸速率低、無法傳輸圖像和語音信息、網(wǎng)絡(luò)互連困難等。
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)誕生雖然較現(xiàn)場總線技術(shù)晚,但是因?yàn)榫哂幸韵聝?yōu)勢而得到迅猛發(fā)展:(1)應(yīng)用廣泛。(2)通信速率高。(3)成本低廉。(4)資源共享能力強(qiáng)。(5)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。具有上述?yōu)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)和辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的無縫連接,實(shí)現(xiàn)真正意義上的管控一體化,所以工業(yè)以太網(wǎng)比現(xiàn)場總線更具有優(yōu)勢,工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用到大中型污水處理廠中有著非常美好的前景。
2 工業(yè)以太網(wǎng)簡介
工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù),在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。
EtherNet過去被認(rèn)為是一種“非確定性”的網(wǎng)絡(luò),作為信息技術(shù)的基礎(chǔ),是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的,在工業(yè)控制領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用,這是由于:(1)EtherNet的介質(zhì)訪問控制(MAC)層協(xié)議采用帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)方式,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí),網(wǎng)絡(luò)的確定性不能滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)性要求;(2)EtherNet所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求;(3)在工廠環(huán)境中,EtherNet抗干擾(EMI)性能較差,若用于危險(xiǎn)場合,以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性能;(4)EtherNet不能通過信號(hào)線向現(xiàn)場設(shè)備供電問題。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣,EtherNet傳輸速率的提高和EtherNet交換技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強(qiáng)等特點(diǎn)和要求,采用以下技術(shù)解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的技術(shù)難題:
?。?)通信確定性與實(shí)時(shí)性
采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù),以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對(duì)工業(yè)過程控制的通信實(shí)時(shí)性措施,解決了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。
?。?)穩(wěn)定性與可靠性
采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、冗余、自診斷
等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等,提高基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備可靠性,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室EMC測試,設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性符合工業(yè)現(xiàn)場控制要求。
?。?)安全性
采用控制區(qū)域微網(wǎng)段化,各控制區(qū)域通過具有網(wǎng)絡(luò)隔離和安全過濾的現(xiàn)場控制器與系統(tǒng)主干相連,實(shí)現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離。
(4)總線供電問題
采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù),設(shè)計(jì)了能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電或總線供電的以太網(wǎng)集線器,解決了以太網(wǎng)總線的供電問題。
?。?)遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)
采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時(shí)滯中繼以及光纖等技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸問題。
由于工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)得到解決,使得工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可以大規(guī)模地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域,下面以某中型污水處理廠為例,說明工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用。
評(píng)論
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