新聞中心
    NEWS

    熱線聯系:15618852302

    維保電話:4008355582

    系統集成技術與網絡技術的發展歷程與趨勢

    發布者:  發布時間:2021-03-26  瀏覽次數:
    分享:

    進入新世紀,信息化速度在加快,自動化測控系統中,不僅在辦公自動化系統,智能大廈自動化系統,市政、交通、物流、商業、銀行等公用工程自動化系統方面的網絡化有很大變化,就連機械制造為生的離散工業自動化,特別是流程工業自動化方面也向數字化、網絡化、智能化方面前進了可喜的一步。特別是最近陸續開工建設或已試車成功的特大型煉化項目,已經在其自動化測控系統中的現場層采用了約1/4的FF(基金會現場總線)等現場總線產品,監控層基本采用了高速以太網主流網絡產品,逐步做到控制徹底分散、操作顯示及管理高度集中(全廠15個裝置集中在一個總控制室操作),系統數字化程度有了質的飛躍,為管理一體化打下了堅實的基礎。這是對傳統的DCS(分布式控制系統)的重大突破。在此"十一五"規劃開始之年,有必要從自動化測控系統的角度,看一看網絡技術的發展歷史,溫故而知新。

      1歷史回顧

      電報、電話等出現后,就有了用于信息傳遞的通信網絡,特別是微型計算機出現后,功能不同或地域不同的計算機之間連成網絡,數字通信技術就由一般單機(主機對終端)、多機通信擴展成計算機網絡系統。自動化測控系統是一種完成測量和控制功能的分布式計算機局域網,其發展過程如下:

     ?。?)上世紀70年代中期開始出現DCS,這是在并無統一網絡標準的情況下,以大型企業為主各自完成的。網絡規模大約節點有32~64個,通信距離約在1km以內,主要節點為控制站和操作站,拓撲結構以環形和總線型為主,通信介質多為同軸電纜,也有采用雙絞線的,通信速率為1Mb/s以內。在控制站、操作站內均有"通信卡"等專用網絡部件。這時期代表性的產品有TDC2000的DHW(數據高速公路)總線和CENTUM的F總線等,均采用"令牌總線"通信協議。數據共享方面已做到按工位號操作。這時期代表性均為模擬儀表,少數專用設備有RS-232/RS-422/RS-485等串口,可與之相連接。這期間通信規程中有IBM等提出的同步數據鏈路規程(SDLC)、高級數據鏈路規程(HDLC)和國際電報電話資訊委員會的CCITTX.25等。

     ?。?)在這個期間,在辦公自動化設備發展中,1975年美國施樂(Xerox)公司推出了以太網(Ethernet),以后3COM等多家供應商參與,在此基礎上形成的以太網局域網,在突發性事務處理的各種通用系統中得到了較大發展,以太網以載波偵聽多路訪問/沖突檢測方式即CSMA/CD方式進行數據通信。

     ?。?)在上述兩方面技術的基礎上,1980年2月,IEEE電子電氣工程師協會建立了一個委員會(簡稱IEEE802委員會),負責制定局域網標準。又1983年ISO國際標準化組織通過了開放系統互連(OSI,opensysteminterconnection)參考模型,即ISO/OSI參考模型,在此基礎上,1985年IEEE802委員會成立9個分委員會(后來又增加到13個分委員會),其中IEEE802.3負責CSMA/CD網,IEEE802.4負責令牌總線網,802.5負責令牌環網,其他分委員會分工負責各項有關工作。這些分委員會的工作,后來形成了ISO的標準。這些標準,又統稱為IEEE802標準。

     ?。?)PLC可編程控制器在上世紀80年代已由單獨控制器連成中小型規模以上的系統。1990年前后一臺或多臺PLC通過RS-232/RS-485串口與1臺或多臺PC機(操作站,內裝HMI人機界面和組態軟件或稱SCADA軟件)連成系統。它采用了現成的網絡技術,特別是DDE或OPC數據交換軟件技術及IEC61131-3標準的組態軟件,使PLC系統的開放性、可用性大大提高,成為低成本自動化的典范,現已逐步過渡到21世紀初的工業以太網為主的網絡,而且由羅克韋爾公司牽頭的CIP通用工業協議(commonindustrialprotocol)已經形成,DeviceNet/ControlNet/Ethernet/IP3層結構的通信網絡已為人們接受,PLC由原來通信功能較差變成走在網絡化的前列。

     ?。?)現場總線技術在上世紀90年代已經形成了開發的熱潮。它適應了各行業現場測控方面的需求,形成了多標準并存的局面。FFH1/FFHSE等對過程控制更適合些,Profibus、DeviceNet等對離散控制更適合?;饡F場總線FFH1采用ISO/OSI通信模型的1、2、7層及用戶層,它在現場兩線制供電、防爆、防電磁干擾、防雷擊及冗余、現場控制、互操作性、互換性方面均經受了實際工程的較長期的考驗。

      FFHSE在與FFH1無縫連接的基礎上,用高速以太網(HSE,highspeedEthernet)完成中央控制室一級或監控層的網絡COTS(商業現貨技術)化的任務,采用了交換機等網絡產品及傳輸層、網絡層的TCP/UDP/IP協議,保證了系統的開放性和可操作性。

      現場總線技術發展與現場儀表實現數字化、網絡化、智能化是分不開的。目前流程工業用的變送器等現場儀表生產情況是FF占10%,HART占40%、模擬儀表占50%,所以還要重視現場檢測儀表與執行器的更新換代,才能使現場總線技術普及。

     ?。?)在上世紀90年代之前興起的互聯網(全球性的廣域網)及移動通信、多媒體技術、個人計算機及操作系統網絡支持功能的發展等,對自動化測控系統的數字通信技術的影響是非常深刻的。由于互聯網的普及,"網絡接入業"的興起,交換機、集成器、5類雙絞銅纜等網絡產品價格下降,以太網及互聯網協議簇(包括TCP/IP等)的應用技術深入到各種連網設備中,傳輸方式由基帶向載波、寬帶等方式發展,網絡速率由10Mb/s提升至100Mb/s、1000Mb/s等,所以在自動化測控系統中興起了"工業以太網"熱。又由于一部分人強調自動化測控系統的確定性和實時性的特點,而在商用以太網基礎上進行改造,形成了多種實時以太網,但這只是一個過程,關鍵是性價比能否為用戶認可??傊?,向著自動化測控系統網絡扁平化、直至"e網到底"的方向發展,這個趨勢是明顯的,只是有待時日而已。

     ?。?)第4代DCS的出現,適應了21世紀初現場總線技術、管控一體化技術的發展。目前,通過現場總線基金會的HIST互操作性測試認證的11個主控系統,均是第4代DCS系統,而且在"基金會現場總線系統工程指南"中指出:"所有主FF功能,包括工程、組態、維護和操作性能應能夠與傳統模擬或離散I/O、智能HART和專用I/O、基于總線的I/O和FF系統實現兼容和無縫集成。建議不要采用只針對FF并且與傳統不兼容的獨立軟件工具、顯示或程序。"從而為"FCS取代DCS"等觀點,找到了解決的出路,即共同融合、相輔相成、DCS和FCS雙贏的道路。這是網絡技術的功勞,因為它能夠使如此復雜的通信要求,在經濟適用的條件下完滿地實現這個融合的過程。當然上面所說的主控系統,均達到FFHSE更高的水平。第4代DCS的通信技術向以太網及TCP/UDP/IP協議靠攏,與工廠管理網絡兼容、數據共享,逐步形成企業互聯網Intranet.

      2開放系統互連參考模型

      ISO/OSI參考模型反映了計算機網絡通信的工作原理,把通信過程分段,相應地把網絡功能分為不同的邏輯和物理層次,即不同功能層次完成不同通信階段的工作。OSI模型分為7層,即應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。它與FFH1、FFHSE通信模型之間的比較如圖1所示。

    o4YBAGBanomABvr5AABjgqeG0HI303.jpg

      實現網絡節點各層功能的基本方法是利用硬件實現較低層協議,利用軟件實現較高層協議。目前已有用"專用芯片"等集成電路實現OSI的功能,其中以太網是一個很好的例子,另外就是LonWorks技術,它的Neuron神經元芯片中,集成了3個CPU,將相關的OSI模型的7層通信協議,包括兼容多種通信介質、NeuronC控制語言、網絡變量等,均固化在其中,使通信達到能互操作水平,從而在智能大廈等局域網中得到廣泛應用,這也是一個成功的范例。

      3網絡產品分類

      如果把各終端節點如何與線纜等通信介質相連的接口卡、連接器及通信介質和一些專門為通信而設置的節點均稱為網絡產品,加之對辦公用或商業用網絡產品與工業上管理用和控制用(包括現場總線)的網絡產品總和考慮,還要對通信軟件等進行分類,將是一個復雜的工作?,F在從網絡互聯的低層設備功能來分,主要有中繼器(或稱重復器repeater)、網橋(bridge)、路由器(router)、網關(gateway)幾種,以上幾種均為有源產品。無源產品有T型分支(Tee)、無源多端口集線器(passivehub)、終端器、電纜、光纜等。

      在實際網絡中,原來就有的物理層通用標準連接器如RS-232、RS-485等,應用很廣,這也解決了很多簡單的通信需求,而它們的商品形式又是多種多樣的。

      在實際網絡中,產品中還有接口卡、接口模塊、鏈接設備等,特別是商用以太網的接插器(connector)、集線器(hub)、交換機(switches)等。

      作為網絡產品,對于無線數字通信,諸如調制解調器、數傳電臺等在國內應用已相當廣泛,希望它將隨著商用移動通信技術有關數字通信的業務的發展而改變。

      嵌入式系統技術的普及,特別是32位的ARM9等處理器嵌入式產品在網絡產品中的使用,將使得網絡產品智能化程度、價格、體積等方面都有改善,這也促進了網絡技術的發展。

      4關于交換機

      近年來流程工業企業新建的中央控制室的網絡中,交換機已廣泛使用,特別是網絡圖中堆疊式交換機的圖樣很顯眼,證明自動化測控系統網絡的監控層已在很多行業中采用了交換機。交換機是多條總線的交換矩陣互連,即把每個端口都掛在一條帶寬很高的背板總線上。

      交換機除去封裝數據包進行轉發、減少沖突域之外,還有隔離廣播風暴、網絡管理等功能,特別是工業以太網用交換機,還應適應工業環境及做到雙電源供電,避免單一電源所造成的數據流失,支持環形網,提供網絡冗余,通過安全規范認證,做到斷線快速恢復等,正是由于增加了這些功能,所以其價格略高于商業以太網產品。目前赫斯曼、卓越等工業以太網用交換機已得到廣泛應用。至于商業用交換機是否可用在工業上的問題,應該因地制宜,具體情況具體分析,正如不少工業企業在系統集成中,操作站使用名牌戴爾計算機而不使用一般工控機的現象,屢見不鮮。

      5系統集成技術與網絡技術

      自動化測控系統的基礎是3C(computer,control,communication)和1I(integration),目前又提出1S(solution)目標,它的推動力是電控、儀控一體化和管控一體化。系統集成技術與網絡技術相輔相成,共同達到在網絡上共享數據和信息的目的。系統集成一詞的流行始于上世紀80年代末、90年代初,現在IntegratedSystem和SystemIntegration的界限在逐漸模糊,這證明系統集成商和最終用戶掌握網絡技術的水平在提高,對各種網絡或現場總線互聯的接口卡的需求在擴大。美國Woodhead公司、Prosoft公司等的幾十種接口卡產品和多協議網關(ModbusEthernetTCPIPProfibus)可以滿足系統集成的需求。系統集成技術的發展,在OPC(過程控制的對象鏈接嵌入)、EDDL和FDT(關于互操作性)、IEC61131-3(關于組態)等3個標準推動下,目前又向前發展,2003年發布了ISO15745標準,它解決了系統集成的應用需求和接口兩個基本問題。該標準全稱為:工業自動化系統和系統集成——開放系統應用集成框架。它分為4部分,第1部分提出了開放系統的應用集成框架(AIF,applicationintegrationframework)。自動化測控系統的網絡往往牽涉到它的第2、3、4部分,如基金會現場總線FFH1/FFHSE就與第3、4部分相關,所以它是異構系統的組合,而多種異構系統中,監控層都采用了第4部分的以太網標準,交換機為中心的星型結構比較普遍地被采用,而且冗余技術、安全技術、質量服務等都有較大提高。工業以太網實時響應時間已打倒5~10ms.這對于流程工業的控制系統(包括安全系統)、離散工業控制系統(除去少數同步要求高的運動控制系統),均可以滿足要求。所以有把握地說:實踐已經證明,現場層采用FFH1等現場總線、監控層采用一般工業以太網是成熟的網絡技術,將會在今后普遍被采用。

      6結束語

     ?。?)在參考文獻中提到COTS,在軍用信息系統中能把它作為設計原則,所以一般自動化測控系統更應重視應用COTS,把網絡產品的價格降下來,使現場總線的"輔助設備"通用化。

     ?。?)把自動化測控系統對網絡的需求進行分類,首先在數據采集系統中推廣COTS;針對不同行業的需求推廣不同的現場總線技術;工業以太網推廣過程中,應對工程應用和開發并重。

     ?。?)檢測儀表,執行器的數字化、智能化、網絡化是基礎,應該在國內大力開發這方面的新產品,同時要在國內建立測試中心、認證中心,開展標準化的工作,確保開放性、可操作性、可互換性,爭取成為國際上認可的產品。

     ?。?)在自動化行業中應進一步普及網絡技術,雖然已有十幾種相關書籍,但為用戶辦學習班等方式仍很重要。中國儀器儀表學會和北京合成網絡公司合作,在這方面為廣大用戶服務做出榜樣,值得推廣。


    Copyright  ? 2021  上海恒瀝安防系統工程有限公司 All rights reserved   工信部備案號:滬ICP備18043480號-2   技術支持:監控施工上海監控安裝上海安防公司

    熱線電話:400-835-5582

  • 首頁
  • 產品服務
  • 維保熱線
  • 蜜臀视频在线一区二区三区|一区二区 男人的天堂 在线|av无码一区二区久久|久久66热这里只有精品 日韩A级一区二区三区无码|色诱色偷偷久久综合|国国产精品XX在线观看观看|人人欧美一区二区三区 精品无码久久久久久久久|国产色视频一区二区三|欧美日本一道道一区二区|日韩精品无码一区二区A片 岛国大片在线一区二区三区|狠狠综合久久AV一区二区无码|免费无码a片手机看片|伊人色综合一区二区三区影院视频