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嵌入式工业以太网控制方案的研究

2013-05-27 10:55
小伊琳
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  二、方案分析

  (一)嵌入式工业以太网控制系统方案设计

  控制系统网络分为三层:信息层、控制层和设备层(传感/执行层)。传统的控制系统在信息层大都采用以太网,而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他专用网络。目前,几乎所有的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。采用以太网架构以后,控制器的位置也可以突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服务器,从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。

  本方案中,网络控制系统分为三部分:

  1.现场设备层

  包括嵌入式节点控制模块和现场工作机。前者主要完成现场数据的采集、前端数据的处理与保存并通过Internet接口与上层进行通信。控制模块可实现服务器功能,信息层可通过Web浏览的方式访问(支持点对多点通信)。后者主要负责一些辅助性、监控性事务,如现场数据传送、历史数据处理、报表输出等。

  2.内部信息层

  主要由企业内部以太网组成。主要完成整个系统的信息收集和发布,即通过访问现场节点控制模块中的Web服务器,把位于监控之下的所有监控节点的数据通过HUB集线器集中在局域网服务器中,并统一管理和保存,通过Web浏览的方式向上层管理部门发布。

  3.Internet网络层

  该层通过交换机、路由器连接企业各个局域网,完成信息全球发布,位于办公室的部门可以直观地看到现场的工作情况、生产计划完成情况和设备工作状态等信息,即使远在千里,也可以随时随地的掌握企业(公司)的运转情况,使远程办公真正成为现实。工业以太网控制系统方案如图1所示。

  (二)嵌入式接口控制模块的实现

  工业以太网体系结构中,以太网作为连接智能控制模块的系统总线,内部和外部的数据通讯在此没有区别。集线器技术被集成在每个控制器中,通过分配地址空间把内部通讯从外部通讯中分离出来。其中集线器技术和底层协议的集成,确保了以太网的确定性、兼容性和整体性。目前在传输层和网络层的协议基本上已经统一,TCP/IP已成为标准网络协议,这是以太网正常运作的“中枢”。工业以太网技术中关键一环是:在现场级的节点控制模块(如远程I/O模块)中实现TCP/IP网络通信协议,即建立协议栈。随着电子和信息技术的高速发展,通过软件方式或硬件方式将TCP/IP协议嵌入到节点模块已经成为可能。软件方式将TCP/IP嵌入到微处理器的ROM中,硬件方式是设计嵌入式处理器和ASIC器件芯片而直接用作网络接口。

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