久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

    王志強(qiáng)（1973－）
男，湖北人，工程師，（武漢煙草集團(tuán)武漢卷煙廠，湖北 武漢  430000）,畢業(yè)于合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院（今中國(guó)科技大學(xué)）工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任武煙集團(tuán)武漢卷煙廠電氣主任工程師。

摘要：工業(yè)以太網(wǎng)是一種新興的行業(yè)技術(shù)，在保持了早期現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)的同時(shí)，融入了大量最尖端的信息技術(shù)。目前它已經(jīng)成為了下一代工業(yè)產(chǎn)品中最具有發(fā)展?jié)摿吞攸c(diǎn)的技術(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹了關(guān)于傳統(tǒng)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)和基本概念，針對(duì)這門新技術(shù)在實(shí)際中的運(yùn)用，提出了一些實(shí)際看法。并且較詳細(xì)的描敘了國(guó)內(nèi)第一條工業(yè)流水線的安裝，實(shí)施，調(diào)試和最終使用的過(guò)程，對(duì)于其中的很多問(wèn)題都給出了具體的解決方案。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)級(jí)服務(wù)器；數(shù)據(jù)介質(zhì)；網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)；交換機(jī)；IGMP；現(xiàn)場(chǎng)總線；存儲(chǔ)介質(zhì)；IGMP；EtherNet/IP

Abstract: The industry ethernet is one emerging profession technology, maintaining the technical characteristic of the field bus in the early time, and integrating the massive most state-of-art information technology. At present it already became one technology with the most developing potential and characteristic in the next generation of industry product.This article introduces briefly about the traditional ethernet and the industry Ethernet, their technical characteristics and the basic concepts, and meanwhile in view of the practical applications of the industrial Ethernet technology , proposes some actual views. More detailed description is given about the process from instalment, implementation, debug and final application of the first domestic industry assembly line and the solution to a lot of problems occurring during the whole process.

Key words: Ethernet；industrial ethernet；industrial server；data medium；network hierarchical structure；switchboard；IGMP field bus；storage medium； EtherNet/IP

1 前言

    眾所周知，開(kāi)放性、互聯(lián)互通性是自動(dòng)化廠商與IT廠商的共同目標(biāo)，使用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)將有利于自動(dòng)化廠商與IT廠商的合作和整合，有利于為用戶提供真正意義上的完整解決方案。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三個(gè)層次——信息層、控制層和設(shè)備層，現(xiàn)在EtherNet/IP已經(jīng)在工廠自動(dòng)控制信息層上得到廣泛使用，并且也已經(jīng)大量應(yīng)用到控制器實(shí)時(shí)聯(lián)鎖層。在IO設(shè)備層，EtherNet/IP已經(jīng)進(jìn)入并且實(shí)現(xiàn)了成功的案例。作為CIP技術(shù)最新發(fā)展的EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，一個(gè)特別的好處就是使用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)技術(shù)。這意味著，EtherNet/IP工業(yè)用戶能直接受益于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)的持續(xù)創(chuàng)新、功能增強(qiáng)和成本降低等帶來(lái)的好處。并且，EtherNet/IP產(chǎn)品生產(chǎn)商可以自由、自主地選擇任何符合工業(yè)要求的TCP/IP以太網(wǎng)ASIC進(jìn)行開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。在EtherNet/IP產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造中，中國(guó)廠商和全球范圍內(nèi)的其他廠商完全站在同一條起跑線上。在武漢煙草集團(tuán)武漢卷煙廠2400KG/H黃鶴樓精品生產(chǎn)線上，武漢卷煙廠選擇了工業(yè)自動(dòng)化解決方案供應(yīng)商羅克韋爾自動(dòng)化公司（Rockwell Automation）的EtherNet/IP，基本實(shí)現(xiàn)了“一網(wǎng)到底”的思路。

2 應(yīng)用情況

    武漢卷煙廠2400Kg線是一條剛剛投產(chǎn)的試驗(yàn)線，整個(gè)試驗(yàn)線分為：葉片處理線、切絲處理線、混絲處理線和加香處理線四個(gè)控制工藝段，每個(gè)工藝段包含一組主控柜、1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作站、部分智能化單機(jī)設(shè)備、多個(gè)構(gòu)件單元分布式控制箱和分布式安裝的變頻器，主控制器采用ControlLogix處理器安裝于控制柜內(nèi)，中央集控采用分布式RSView SE系統(tǒng)。

    2.1   系統(tǒng)構(gòu)成

    控制網(wǎng)絡(luò)采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的EtherNet / IP工業(yè)以太網(wǎng)，主干網(wǎng)采用光纖環(huán)網(wǎng)形式，分支使用星形連接，各控制PLC、現(xiàn)場(chǎng)操作員終端、獨(dú)立的控制系統(tǒng)（如切絲機(jī)、電子秤）以及集中監(jiān)控層的集中段監(jiān)控機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接到工業(yè)以太網(wǎng)上進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息共享。分布式I/O、變頻器、軟啟動(dòng)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC連接；智能設(shè)備儀表如水分儀、流量計(jì)等采用DeviceNet連接；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電機(jī)、控制閥等）和檢測(cè)器件（如光電管、接近開(kāi)關(guān)、溫度變送器、壓力變送器等）信號(hào)接入現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O。

    主要設(shè)備包括以下設(shè)備：

    ● 18塊1756 ENBT

    ● 3塊1788 ENBT

    ● 7塊Logix5555系列PLC 

    ● 4塊FlexLogix系列PLC 

    ● 10臺(tái)電子秤(SLC500+Ethernet/IP)

    ● 50臺(tái) Flex IO 站點(diǎn)

    ● 76臺(tái) PowerFlex變頻器
   
    ● 2臺(tái)冗余HMI/數(shù)據(jù)服務(wù)器（RSView SE Server，雙網(wǎng)卡）

    ● 7臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作站（RSView SE Client）

    ● 5臺(tái)中控多功能終端工作站（RSView SE Client）

    ● 1臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（雙網(wǎng)卡）

    ● 1臺(tái)域控制器（雙網(wǎng)卡）

    ● 1臺(tái)Web數(shù)據(jù)采集、發(fā)布服務(wù)器OPC（RSOPC Gateway，雙網(wǎng)卡）

    2.2   網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    光纖環(huán)網(wǎng)主要由可網(wǎng)管的帶光纖端口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、光纜和光連接設(shè)備組成。主干交換機(jī)之間通過(guò)多模光纖組成的100M冗余環(huán)網(wǎng)作為主干網(wǎng)，作為監(jiān)控層與控制層、控制器件間的通訊鏈路；應(yīng)用光纖的長(zhǎng)距離傳輸、高抗干擾能力和交換機(jī)具備的快速生成樹(shù)功能，由五臺(tái)可網(wǎng)管的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；交換機(jī)分別布置在集中控制室、葉片段、切絲段、混絲/烘絲段和加香段。其中，中控室交換機(jī)工作在冗余管理模式，實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)網(wǎng)的工作狀況，在環(huán)網(wǎng)鏈路出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)施鏈路切換，環(huán)網(wǎng)線路恢復(fù)時(shí)間小于500毫秒。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖 2

圖3

    處于核心數(shù)據(jù)層的是PLC節(jié)點(diǎn)，工控計(jì)算機(jī)和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，所有的數(shù)據(jù)交換幾乎都放在同一層次的網(wǎng)絡(luò)上，不分主次，這樣的好處是真正做到了開(kāi)放式，所有的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的。在實(shí)際調(diào)試中，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常方便，充分體現(xiàn)了以太網(wǎng)開(kāi)放性。

    但VLAN設(shè)置也帶來(lái)了在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的復(fù)雜性，每次更改設(shè)置都會(huì)帶來(lái)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊暫停。其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，數(shù)據(jù)介質(zhì)的公用使得數(shù)據(jù)通道很擁塞，權(quán)限分工的不清晰，造成數(shù)據(jù)源長(zhǎng)期處于繁忙中，數(shù)據(jù)的發(fā)送接收沒(méi)有優(yōu)先等級(jí)，對(duì)不同的需求和不同的優(yōu)先級(jí)不能兼顧，造成系統(tǒng)效率低下。在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通訊不穩(wěn)定使生產(chǎn)線停機(jī)，經(jīng)過(guò)分析主要是光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)VLAN控制和IGMP處理能力不足，造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過(guò)重。

    網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理能力限制了VLAN的發(fā)揮，在實(shí)際使用過(guò)程中，由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，即會(huì)發(fā)出大量的實(shí)時(shí)包，用于保證工業(yè)控制的實(shí)時(shí)性，但是每個(gè)包會(huì)非常小，甚至于是幾個(gè)字節(jié)的微小變化控制指令，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求極小，但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的處理能力要求很高。一般網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的處理能力是255個(gè)組波播組，當(dāng)采用VLAN時(shí)，很有可能超出這個(gè)能力，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備基本都采用Multicastwave方式。這樣，很容易造成交換機(jī)的崩潰。

    另外，對(duì)于自動(dòng)化流水線來(lái)說(shuō)，最重要的是保證流水作業(yè)和工序的不間斷性，如果一旦出現(xiàn)故障，那么虛擬網(wǎng)技術(shù)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)恢復(fù)，更換交換機(jī)，配置網(wǎng)絡(luò)，而且很有可能從一個(gè)網(wǎng)段擴(kuò)散到其他的地方，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，穩(wěn)定是最重要的。實(shí)時(shí)控制對(duì)于工控非常重要，而系統(tǒng)的癱瘓或者擁堵哪怕是幾秒鐘對(duì)于流水作業(yè)來(lái)說(shuō)都是災(zāi)難。而且對(duì)于故障設(shè)備的生產(chǎn)中最優(yōu)效率時(shí)間維護(hù)是多么的重要，能夠讓流水線迅速的恢復(fù)正常遠(yuǎn)遠(yuǎn)比了解故障的詳細(xì)狀況和徹底分析解決問(wèn)題要重要并實(shí)際得多。

    綜上所述，我們放棄VLAN,而采用穩(wěn)定的物理分層結(jié)構(gòu)，這樣我們的維護(hù)工作變得簡(jiǎn)單高效。

    3.2   工程設(shè)計(jì)分析

    工程設(shè)計(jì)是整個(gè)工程的一個(gè)關(guān)鍵所在，在一個(gè)自動(dòng)控制流水線的初始設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該充分考慮，電氣設(shè)備的分布密度，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉O限，物理介質(zhì)距離和相互之間電源、電磁干擾，以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，分布策略等等。具體來(lái)說(shuō)，比如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的數(shù)量將會(huì)決定節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的選型，電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)量將會(huì)決定網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和傳輸介質(zhì)的具體參數(shù)型號(hào)。

    3.3   電氣施工分析

    電氣安裝施工是整個(gè)工程的另一個(gè)關(guān)鍵。重要設(shè)備的安裝，走線，比如變頻器的走線和接線方式，必須采取有效方式降低諧波干擾對(duì)設(shè)備的影響。強(qiáng)電和弱電信號(hào)線必須分開(kāi)布局，專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)需要專業(yè)的器材和制作工具來(lái)安裝，還需要采用專業(yè)的測(cè)試工具來(lái)檢測(cè)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。電源干擾和設(shè)備節(jié)點(diǎn)接地問(wèn)題也必須重點(diǎn)考慮。

4 總結(jié)

    Ethernet/IP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案的出現(xiàn)，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域具有十分重要的意義，不僅提供了從設(shè)備層到企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)層的一整套無(wú)縫整合系統(tǒng)，更重要的是，它建立在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)之上，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，保證了其今后會(huì)隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而得到進(jìn)一步創(chuàng)新。作為一個(gè)日漸流行的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，EtherNet/IP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)可滿足自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛需求。更可以為工業(yè)自動(dòng)化提供一個(gè)整體的、高性價(jià)比、易于升級(jí)的解決方案。在武漢煙草集團(tuán)武漢卷煙廠2400KG/H黃鶴樓精品生產(chǎn)線上的應(yīng)用EtherNet/IP，取得了良好效果。

作者信息:

    王志強(qiáng)，李  軍  （武漢煙草集團(tuán)武漢卷煙廠，湖北 武漢  430000）