工业控制网络典型通信解决方案

一、工业控制网络通信技术的发展趋势 工业控制经历了早期单一设备简单的I/O，后来增加模拟量的采集和逻辑控制功能，接着20世纪80年代中期产生的现场总线，将智能现场设备和自动化系统以全数字式、双向传输、多分支结构的通信控制网络连接，使工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展成为可能，使工业控制系统的体系结构和功能结构产生重大变革。 标准化、开放性是控制系统通信网络的发展趋势！ 现场总线国际标准IEC61158经过十多年的争论和斗争后，放弃了其制定单一现场总线标准的初衷，最终发布了包括十余种总线的国际标准，如PROFIBUS、ControllerLink、FF、WorldFIP、Interbus、DeviceNet等。这说明各大总线各具特点、不可互相替代的局面得到世界工控界的认可。 与之相对应，传统意义上的以太网优点在于已有巨大的网络基础和长期的经验知识，同时以太网具有性价比较高、初始成本和运营成本均较低、扩展性好、容易安装开通以及高可靠性等特点。 特别是近些年以太网技术已有重要变化和突破（完善的LAN交换，星形、环形乃至混合网络布线,大容量MAC地址存储等），与传统的以太网相比，其面貌已大为改观，从共享媒质转向了枢纽或星型结构并采用LAN交换后，实现了计算机间的信息隔离。更重要的是使以太网从此转向全双工传输,消除了链路带宽的竞争和潜在的碰撞机会。加上以太网通信速率的大幅提高，大大消除了以太网通信的不确定性，提高了以太网通信的实时性和QoS。特别是实时工业以太网的出现，进一步保证了网络的传输性能。由于采用专用的无碰撞全双工光纤连接,还可以使以太网的传输距离大为扩展。同时工业自动化系统向分布式、智能化的实时控制方面发展，使通信成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。 长期以来，由于现场总线争论不休，互通与互操作问题很难解决，于是现场总线开始转向以太网！这得益于近些年，随着工业以太网的快速发展和关键技术的突破，使得工业自动化领域控制级以上的通信网络正在统一到工业以太网，并正在向下逐渐延伸。在工业控制领域，出现了现场总线在转向工业以太网的同时，又将现场总线之争让路给工业以太网的局面。 企业网络层次 从上述企业网络层次可以看出，通过现场层和过程控制层的工业以太网，可以与管理层和企业信息层的办公以太网无缝连接，从而大大简化了整个网络构建，真正实现了企业的信息共享！当然出于网络及信息安全的考虑，可以通过VLAN划分，地址绑定，用户访问安全控制，数据加密，甚至增加防火墙等方法来保障。 现场总线与工业以太网络技术是现代自动控制技术和信息网络技术相结合的产物，是下一代自动化设备的标志性技术，是改造传统工业的有力工具，同时也是信息化带动工业化的重点方向! 二、典型通信解决方案 工业控制网络，特别是现场层及过程控制层通讯的实现方式，根据应用领域及实际条件的不同，会有较大差别。首先是多种现场总线的应用，其次是不同传输方式的实现。对于后者，目前合理的方式是以光纤通信为主，特殊情况下辅以无线、双绞线等形式。 北京欧迈特数字公司秉承20余年的通信产品设计、制造经验，在充分了解许多工业场合的应用需求后，将精辟的通信理念注入到有着特殊要求的工业自动化通信产品中，使其能够真正经受各种恶劣工业环境考验的同时，具有更好的通信性能和更符合实际需要。公司一直专注于工业级数据通信产品的研发、生产和销售服务，提供多系列主要基于光纤传输的特色产品，下面推荐三种代表性解决方案： 1．异步串口总线方案 适用于对环境及传输系统可靠性要求极高、多节点、多业务异步串口同时传输以及异步串口的远距离传输场合。 Omate 2000工业级总线型数据光端机充分利用了光纤传输的带宽优势，在一个系统中可同时传输高达八种异步数据业务，而每种业务基于总线方式通信；同时突破了传统数据光端机在组网上的不足，独特的设计理念可保证设备组成各种网络，级联更多站点；包括环网在内的多项技术大大提高了数据传输的可靠性和灵活性；加上良好的电源和接口保护等措施，确保设备在极其恶劣的工业环境下的可靠应用。 系统提供八个完全独立的总线式逻辑通道，可分别传输不同业务。每个站点最多提供8路总线式异步数据接口（RS232/485/422，自适应速率高达115.2Kbps），并支持从站数据与系统逻辑通道的任意交叉配置，极大方便了现场应用，如上图。 极快速的环网保护机理，ms级系统倒换时间，确保最佳的故障恢复能力。 功耗极低。独特的基于IP统一网管系统，提供传输系统多点故障时的最大网管保障！ 随着网络规模的不断扩大，为提高系统传输的可靠性，特设计了多达四个备用主站。当主站或传输发生故障后，备用主站无法连接到主站时，备用主站会自动升级为主站，全部或部分业务可通过备用主站通信！下图是具有多备用主站的复杂网络拓扑图。 2．常用工业以太网方案 适用于对环境及传输系统可靠性要求极高、多节点以太网业务接入以及以太网业务的远距离传输场合。 Omate 6000工业以太网交换机完全按工业级应用设计；具有完备的以太网交换性能；支持直流双电源冗余；组网灵活，机构多样；自主知识产权的OE-RingTM以太网环网冗余机理，30ms极快速系统自愈，极大满足了工业级应用对可靠性和实时性的要求！功能强大而友好的网管系统，支持基于SNMP，Web，telnet和Console等方式的管理等，已经广泛应用到电力、交通、电信、公安、石油石化、银行、煤炭、水利、铁路、冶金、军队、民航等行业，深受用户的信赖和推崇，成为民族品牌的旗帜！ 对于上层网络或需要更高带宽的，比如大量视频传输，可采用Omate 9000系列的1000M工业以太网交换机。 3．欧迈特新型工业以太网方案 适用于对环境及传输系统可靠性要求极高，特别是既有以太网又有总线式异步串口等多业务接入的情形，以及其远距离传输的场合。 Omate 8000带总线串口工业以太网交换机采用工业级设计，基于125M光纤传输，拥有业界领先的30ms极快速环网冗余倒换和冗余环带光分支，同时提供以太网、多总线式异步串口和语音接入等独特性，加上完备的以太网交换性能和强大的网管功能，确保在各种恶劣工业环境下长期稳定、可靠、安全使用！深受业界青睐，成为新型工业以太网的旗帜！主要应用特色如下： 1）100M工业以太网智能存储转发，线速无阻塞数据交换通道，完备的以太网交换性能，极快速环网冗余倒换，确保了用户对工业以太网传输的高要求。 2）同时提供多个独立的总线式异步串口逻辑通道，可分别传输不同业务。支持每个节点多路RS232/485/422同时接入，速率自适应。 3）以太网数据和异步串口数据完全隔离，进一步确保异步数据的安全性、可靠性和实时性。 二种完全独立的数据通道，确保二者数据间互不干扰； 用户可根据数据业务需要，选取合适的通道。比如对带宽要求高的可走以太网，对实时性和安全性要求高的，可选择串口总线方式。也可选以太网构建办公网，异步串口通道构建控制网等； 根据需要，二种通道可互为主备用，进一步提高传输系统的可靠性。 4）系统支持双向语音功能，便于现场维护管理及电话、广播等扩展功能。 该功能极大方便了现场工程师的系统开通及维护。特别是在电力配网的柱上FTU、DTU等终端，以及交通隧道内等情况下，其意义更加重大！ 5）30ms极快速环网冗余倒换，有效保证了网络故障时业务的迅速恢复。 6）支持双电源冗余设计，有效提高设备的可靠性。 欧迈特公司的工业以太网交换机采用双电源冗余设计，当一组电源出现故障时，设备自动切换到备份电源，确保系统的可靠性。 7）支持多个独立系统的统一网络配置管理。 在满足SNMP，Web，telnet等方式管理的同时，欧迈特公司特有的通过控制台端口（Console）支持多个独立Omate 8000系统的统一网络配置管理。 8）支持网络的视频传输。