工业以太网应用实例

　　工业以太网应用实例

　　近些年我国的国民经济快速的发展，工业现代化的步伐不断加快，人口的高度集中，城市用水量和污水的排放量不断增加，加剧了用水紧张和水质污染。污水如果任意排放将造成环境的巨大污染。因此，污水处理受到世界各国广泛重视，我国尤其如此。在这种背景下，近年来国内建设了许多现代化的大中型污水处理厂。大中型污水厂的共同特点是：日处理污水量非常大、污水所含成分比较复杂、处理单元比较多而且每个处理单元相对位置比较远、设备位置比较分散等。具有这些特点的大中型污水处理厂，使用传统的控制系统时不仅需要铺设大量电缆、增设控制装置、使信号的采集和传送不及时、不完整，而且需要增加操作人员和维护人员,这样不但给设计、施工、调试和维护带来诸多麻烦，而且增加投资费用和运营维护费用。如果要想避免这些缺点，可以在污水处理厂的自控系统中采用现场总线技术或工业以太网技术。现场总线技术被广泛地应用于工业过程控制领域。它具有实时性好、布线简单、可靠性高的特点，比较适合工业环境。但是，它也有自己的缺点，如标准不统一、各个厂商各自为政；传输速率低、无法传输图像和语音信息、网络互连困难等。

　　工业以太网技术诞生虽然较现场总线技术晚，但是因为具有以下优势而得到迅猛发展：（1）应用广泛。（2）通信速率高。（3）成本低廉。（4）资源共享能力强。（5）可持续发展潜力大。具有上述优点的工业以太网络可以实现和办公自动化网络的无缝连接，实现真正意义上的管控一体化，所以工业以太网比现场总线更具有优势，工业以太网应用到大中型污水处理厂中有着非常美好的前景。

　　2 工业以太网简介

　　工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容。产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面能满足工业现场的需要。

　　EtherNet过去被认为是一种“非确定性”的网络，作为信息技术的基础，是为IT领域应用而开发的，在工业控制领域只能得到有限应用，这是由于：（1）EtherNet的介质访问控制（MAC）层协议采用带碰撞检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）方式，当网络负荷较重时，网络的确定性不能满足工业控制的实时性要求；（2）EtherNet所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境要求；（3）在工厂环境中，EtherNet抗干扰（EMI）性能较差，若用于危险场合，以太网不具备本质安全性能；（4）EtherNet不能通过信号线向现场设备供电问题。

　　随着互联网技术的发展与普及推广，EtherNet传输速率的提高和EtherNet交换技术的发展，针对工业现场设备间通信具有实时性强、数据信息短、周期性较强等特点和要求，采用以下技术解决了以太网应用于现场设备间通信的技术难题：

　　（1）通信确定性与实时性

　　采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性。

　　（2）稳定性与可靠性

　　采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自诊断

　　等可靠性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备可靠性，经实验室EMC测试，设备稳定性与可靠性符合工业现场控制要求。

　　（3）安全性

　　采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。

　　（4）总线供电问题

　　采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。

　　（5）远距离传输技术

　　采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技术解决以太网的远距离传输问题。

　　由于工业以太网应用于现场设备间通信的关键技术得到解决，使得工业以太网技术可以大规模地应用到工业控制领域，下面以某中型污水处理厂为例，说明工业以太网的应用。