1、工业以太网在轧钢厂自动控制中的应用探讨摘 要：工业以太网现如今已经广泛的应用于工业自动化控制及工厂远程控制网络组网设计中，其具有的快速的通信速率、宽兼容性的通信协议、灵活的组网方式、低廉的组网成本以及方便的后期养护维护和升级等优势，得到了广泛研究和应用。 关键词：工业以太网；轧钢厂；自动控制 中图分类号： TG333 文献标识码： A1 引言目前应用于工厂自动化控制领域的主流控制方式包括计算机集中控制系统(CCS)、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)等多种控制方式，随着工业的发展，上述远程控制方式在实际应用中也逐渐暴露出了一些不足与问题，比如现场网络通信不够灵活，远程自动控制功
2、能的升级较为困难，后期对于系统的养护维护工作量较大，同时维护成本较高等等，因此迫切需要一种:能够满足于工厂现代自动化控制的需求，同时能够有效克服上述传统自动控制系统所出现的问题。在这样的背景下，工业以太网得到了广泛应用。2 基于工业以太网的轧钢厂自动控制系统总体设计(1) 系统设计原则基于工业以太网的轧钢厂自动控制系统的设计，需要遵循以下原则： 实用原则基于以太网构建的自动控制系统，必须要满足轧钢厂的生产及信息化管理的需求，同时还要考虑到将来一些控制功能的升级或者生产线的扩充等，因此设计要以实用为首要原则。 灵活的组网原则由于轧钢厂的生产设备、电气设备非常多，而每一种设备的电气规格不可能完全相
3、同，将这么多电气规格的设备同时接入以太网，需要为每一台设备配备合适的网络通信接口模块，因此基于以太网构建的自动控制系统必须要具有灵活的组网方式，方便不同的设备灵活的接入整个自动化控制网络中。 低成本原则要实现整个轧钢厂的自动化控制，需要对整个轧钢厂进行组网架设，因此网络组网成本较高，这就要求在实际组网设计时，必须要以低成本为设计原则。这里所说的低成本，不仅仅是指轧钢厂自动化控制系统组网架构的低成本，还包括自动化控制系统的后期功能扩容、升级以及后期对系统的维护养护成本，也要同样低成本。(2) 系统功能的确定结合轧钢厂自动控制系统的应用需求，该自动控制系统功能主要可以划分为以下几个功能模块： 数据
4、采集功能模块该模块主要是实现对轧钢厂的各个生产及电气设备进行实时状态监测，包括设备的工作状态参数，环境状态参数以及一些影响生产指标的其他功能性参数的监测，利用传感器对需要监测的参数进行实时采集，由底层的数据采集模块通过以太网通信接口上传至工业以太网中，传输至上层信息管理系统。 数据传输功能模块该模块主要是依托于工业以太网，以及其他必要的网络传输设备，实现数据的网络传输，具体包括底层传感数据上传至信息控制中心，以及来自信息控制中心发出的远程控制指令传输至底层的控制执行器中。 数据自动存储、查询及远程控制功能模块该功能模块的实现，需要借助于一套专门开发的上位机组态软件，用以实现对来自底层监测到的传
5、感数据进行相关图形化显示、存储和查询等功能。 人机交互功能模块该模块主要负责实现系统操作者和自动控制系统之间的交互，以及响应使用者发出的远程控制指令等。人机交互模块的实现方式包括键盘、触摸屏等交互设计。3 基于工业以太网的轧钢厂自动控制系统的应用实现3.1 自动化控制系统的工业以太网基本参数的确定选定工业以太网作为轧钢厂自动化控制系统的网络介质后，需要进一步确定的网络系统基本参数，包括：工业以太网的网络拓扑结构和网络带宽。 工业以太网的网络拓扑结构结合轧钢厂自动化控制系统的功能需求，选定环型网络拓扑结构作为整个轧钢厂自动化控制系统的网络物理拓扑结构。环型网络结构是网络上的各个节点通过一条首尾相
6、连的通信链路连接起来的一个闭合环路，这样的网络拓扑结构具有成本低，组网方式灵活，同时系统功能具备冗余等特点，一旦某个环路的网络拥塞或者瘫痪，并不会影响到环型网络结构上的其他网络节点，因此这里选定环型网络拓扑结构。网络带宽的选择工业以太网发展到现在，已经从最初的 1M 带宽，发展到 10M 带宽、100M 带宽及 1000M 带宽，其中 1M 带宽基本上没有使用的价值了，而最新发展起来的 1000M 带宽组网成本太高。考虑到轧钢厂的大型生产车间，以及实际的自动化控制功能想网络速率需求，采用目前主流的 100M 网络带宽足以满足自动化控制系统的控制需求。3.2 基于工业以太网的自动控制系统的实现基
7、于工业以太网的轧钢厂自动控制系统组网架构原理,在层次架构架上，分为信息管理层、中间层和设备控制层三个层次。(1) 信息管理层信息管理层主要是对数据信息实现管理，包括对数据信息按照所期望的方式进行数据显示或者图形图像显示，对数据信息的存储、查询，以及根据数据信息而做出超限报警，远程控制指令的下达等等，完成对整个轧钢厂设备的运行状态和工作参数的实时监测和远程控制。(2) 中间层中间层其实就是网络传输层，其骨干网络就是工业以太网，同时还包含有路由器、数据收发中转站、现场控制站点等等。中间层的主要作用是完成对来自底层的轧钢厂的生产及电气设备状态参数及工作参数的网络传输，将相关数据传输至上层信息管理层；
8、或者是将来自上层信息管理层的远程控制指令，传输至各电气设备的现场控制设备或者控制节点，以完成对相关设备的远程控制。(3) 设备控制层设备控制层主要借助于 PLC 控制器、单片机控制器以及传感器，实现对电气设备工作参数和状态参数的实时监测，并将相关数据传输给 PLC 控制器或者单片机控制器进行数据预处理，进而传输至上层信息管理层；同时也负责接收来自上层信息管理层的远程控制指令，并实现由 PLC 控制器或者单片机控制器对电气设备的控制。4 结语针对轧钢厂自动化控制系统的应用要求和功能需求，本论文结合工业以太网设计了面向轧钢厂的自动化控制系统，分析了面向轧钢厂的自动化控制系统的功能模块及其网络参数，并在此基础上重点探讨了基于工业以太网的自动控制系统的实现方案，给出了具体的层次设计方案，对于进一步提高轧钢厂自动化控制应用水平及其实现数字化管理具有较好的指导借鉴意义。参考文献1王平.工业以太网技术M.北京:科学出版社，2007.2许洪华.现场总线与工业以太网技术M.北京:电子工业出版社，2007.3冉懋海.工业以太网技术在变电站自动化系统中的实时性研究D.成都:西南交通大学，2006.4宋真君，李京，凌志浩等.基于工业以太网的分布式控制系统的通信研究J.厦门大学学报，2001，40(S1): 269-274.
