以太网网络在广州水厂自动化生产控制的应用_以太网_三层体系机构

以太网网络在广州水厂自动化生产控制的应用

2010/9/28 11:52:00

Abstract：This paper set forths the applications of the ethernet network in automatic produce control.Mostly set forths three patr of the applications: the applications of the ethernet network in automatic system;transfer the watch and control date of produce by official ethernet network; carry out automatic product report forms by ethernet network.
Keywords：ethernet network;the system framework of three layer; Fuzzy prediction; RSLinx; automatic report forms
　　
一、引言

　　现代企业的信息化系统由三部分组成：
　　处于最上层的ERP(企业资源计划)系统、处于中间层的MES(制造执行系统)、处于最底层的PCS(过程控制系统)。其中，ERP主要根据企业的人、财、物各种资源的状况和产、供、销各个环节的信息，对生产进行合理有效的计划、组织，使生产经营活动协调有序地进行，并对企业的战略计划进行决策。MES则根据ERP系统下达的合同计划，通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理过程组织生产，并将信息加以采集、传递和加工处理，及时呈报ERP系统。PCS系统主要完成底层设备单机控制、连续控制、通信联网、在线设备状态监测及现场设备生产、运行数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级MIS系统数据库提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。因此，过程控制系统是实现工厂自动化及企业信息化的基础。
　　近年来，自动化技术发展使人们认识到，单纯提高生产设备单机自动化水平，并不一定能给整个企业带来好的效益；因此，企业给自动化技术提出的进一步要求是：将整个工厂作为一个系统实现其自动化，目标是实现企业的最佳经济效益；这即要求应用数字通信技术实现工厂信息纵向的透明通信。

二、以太网在自动控制系统的应用

2.1 自动化网络三层体系机构
　　现在自动化领域上一般采用三层网络结构，即设备层、控制层和信息层的体系。在这个体系中，数据可以双向流通、层与层之间可以交换数据，对某一具体应用可以选择其中某层或某几层，而且每层之间可能存在层叠。我们的目的就是，采用一个开放的、扁平的、满足高性能系统需求的、降低整体系统费用的（包括提高网络 /设备诊断能力、减少接线、安装、系统调试时间，提高纠错能力）的网络体系，如图1所示。

图 1 自动化网络三层体系机构

　　三层网络体系的特点是：
　　1.从底层到高层全部是开放的不需许可证，不用注册，没有任何限制
　　2.对任何人都是可用的技术产品的可靠的互操作性
　　3.扁平结构以最少层次的网络支持可从高层对以下各层的产品组态及监测
　　4.所有层之间的完全桥接层之间通过网桥 /网关连接
　　5.对设备可有增强的诊断能力将控制分散到整个体系
　　6.对每个特有的层只需关注一些关键的功能，例如：
　　i. 信息层：使用以太网（ Ethernet），它是一个开放的，全球公认的用于信息层互联的事实标准。
　　这一层网络关注的焦点：高速报文传送和高容量数据共享
　　ii. 控制层（例如，使用ControlNet）此层网络要求是：支持 I/O信息，报文的传输和诊断功能开放性技术能够设置信息的优先级一定能用到的带宽支持高数据的节点数支持多主机、广播式和对等 (Peer-to-Peer) 的通讯方式
　　此层网络关注焦点：高速 I/O信息和报文的传送有效地数据共享定性和可重复性 (Determinism &Repeatability)
　　iii. 设备层：（例如，用DeviceNet网）有类似于控制层的要求，但更强调降低安装费用、系统调试时间。
2.2 以太网在现场总线的应用
　　以太网属国际标准，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。以太网工业协议(Ethernet IP)作为信息网络，为上层网络计算机系统提供读取工厂数据的途径，并提供可编程设备支持(PDS)。
　　从用户的观点来看，以太网的最大的优点就是，它是基于开放的标准，特点是为所有的PC共享。通过选择以太网和以太网产品，用户就不必再担心被产品制造商的特有协议结构所绑定。这就充分的简化了用户的任务，因为许多不同类型的设备可以简单的把它们插入到相同的以太网LAN就可以实现相互连接。另外，以太网再办公环境中已经普遍使用，并且提供了许多有用的服务，如：e-mail, FTP和 web浏览，这些都为用户所熟悉。将这些服务应用到工业控制网络，让客户处于领先地位，因为他们不需要花费更多的时间来学习新的应用技术。这同样意味着，培训费用将会减少，开发时间将会加快，因为系统开发者已经对以太网应用软件的开发已经很熟悉了。
2.3 刘屋洲取水泵站的无线以太网
　　广州市自来水公司的刘屋洲取水泵站建在东江下游的刘屋洲岛上，四面环水，与西洲水厂相隔几公里远。为了生产调度的需要，刘屋洲取水泵站的PLC系统必须与西洲水厂以及新塘水厂的PLC系统通信，但却没有过江的通信电缆与外部联系。因此刘屋洲取水泵站通过微波通信与西洲水厂和新塘水厂组成无线以太网网络。这个无线以太网实现两大功能，一是PLC系统之间的工业以太网通信，用于传送实时生产数据，二是生产调度通讯，用于传送生产监控图像和IP电话数据。在西洲水厂不但可以详细了解刘屋洲取水泵站的实时生产数据，而且可以收到刘屋洲取水泵站的实时图像。西洲水厂值班人员还可以与新塘水厂和刘屋洲取水泵站的值班人员利用IP电话进行通话，传达生产调度的命令。

三、用办公以太网网络传递生产监控数据

3.1 RSLinx通信软件的网关功能
　　 RsLinx软件4中版本：分别是 RsLinx lite,RsLinx single node,RsLinx Professional,RsLinx Gateway，其实它们全一样,安装不同的授权就变成了不同的版本.
　　 RsLinx lite是免费的,它的主要功能就是PLC的编程和硬件的组态。
　　 RsLinx Professional是最为广泛使用的,它包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它设备数据查看的功能。
　　 RsLinx Gateway是最功能最完全的版本,它支持Remote OPC和网关功能,就是说你可以把一台安装有RSLINX的计算机当作一个网关从而访问到你的PLC的必备软件。
　　西洲水厂建有在中控室和办公大楼之间的光纤网络，主要是组成厂内的办公网络，传递生产报表数据和生产记录数据等。西洲水厂通过使用RsLinx Gateway，把一台安装有RSLINX的中控室的监控计算机当作一个网关，从而在办公楼的计算机也可以直接读取厂内PLC系统的实时数据。这样，中控室和办公大楼之间就不用再建设PLC网络，节省网络建设费用和PLC网络接口卡的购买费用，大大节约了成本。同时，因为光纤的防雷效果佳，维护费用小，所以也节约了PLC网络的维护费用。
3.2 RSLinx通信软件简介
　　罗克威尔公司的RSLinx软件是在Microsoft Win98、Win2000以及WinXP操作系统下建立工厂所有通信方案的工具。它为A-B的可编程控制器与各种Rockwell Software及A-B应用软件，如RSLogix5/500、RSLogix5000、RSView32、RSViewSE等然间之间建立通信联系。下面介绍一下RSLinx界面元件组成和主要功能。
　　当启动RSLinx后，Rockwell Software RSLinx应用程序窗口出现。应用程序窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、以子窗口打开的应用程序工作区(RSWho、诊断等)以及一个状态栏。

1、标题栏
　　除显示软件名称外，标题栏还包括控制菜单、最大化、最小化以及关闭程序控制，其符号与功能与Windows定义相同。
　　2、菜单栏
　　File菜单完成创建与打开RSLinx项目；Edit菜单完成拷贝DDE链到剪切板；View菜单完成设置与改变Rslinx界面显示，打开Event Viewer，选择RSWho观察器；Communications组态驱动程序、主题及其它RSLinx选项，查看驱动程序、DDE及其它客户应用程序的诊断；Station执行诊断计数器功能以及查看SLC Data Monitor；DDE组态DDE/OPC主题以及查看事件与诊断信息；Window及Help与Windows一样。
　　3、工具栏
　　第一个：用于打开、删除或创建一个新的DDE项目。DDE项目包括一个或多个DDE主题，用户可以在此同时建立一组主题。
　　第二个：显示处理器通信网络上所有用的/活动的站点。
　　第三个：用于设置RSLinx与处理器之间的通信。
　　第四个：激活驱动程序诊断窗。
　　第五、第六为建立DDE相关文件的工具。分别为组态主题、拷贝一个DDE链到剪切板使RSLinx作为DDE的服务器。
　　3.3 RSLinx使用详解
　　1、网关设置
　　选择Communications菜单中的Configure Gateway。
　　选定“Eanble RSLinx Gateway“，按“应用”按钮，再按“确定”按钮完成设置。
　　 2、配置远程访问驱动器
　　选择Communications菜单中的Configure Drivers。

　　从“有效驱动器类型&rdqu