现场总线控制网络模型与网络集成的探究

卢恒亮 广东省计算技术应用研究所

在国内，随着工业领域建设技术水平越来越完善，现场总线也成为了其领域研究的焦点课题，分散化、网络化是控制系统改革的新目标。现场总线系统是一种最新的开放式的可控通信系统，可以有效地将现场控制和管理相融合，并且将其延伸为DCS扩展形式。现场总线对初始封闭的 DCS状态 进行了改变，DCS 不是严格意义上的分散控制系统，中央控制室内掌握着全部的 I/O 和控制站，现场仪表会利用独立的上位机传输信息，其电流信号多为4 ～20 m A，由于厂家协议标准没有统一化，致使 DCS系统之间无法进行互相操纵。在这种情况下，需要进行现场总线控制网络模型与网络集成的研究，引起了业内人士的广泛关注，也成为了很多专家和学者研究的焦点课题。

1 现场总线控制网络模型的组建

在组建现场总线控制网络模型过程中，现场总线能够将测控任务分散给多个现场设备，上位计算机负责监控较为复杂的控制功能。将现场总线作为企业底层信息和数据传输的主要部分，在企业整体信息网络中，现场总线也是最关键的部分。现场总线源于控制网络，所以网络技术是其核心集成。相对于Internet、Intranet等类型的信息网络的不同之处在于，控制网络需要和生产过程相呼应，所以要求具有较高的实时性、数据完整性及其可用性。为了和这些特性相匹配，现场总线简化了网络协议，通常SO/OSI 七层模型可以分为三层即数据链路层、物理层。此外，最上层工厂信息系统需要和现场总线进行数据交互和传输。在一个整体的企业网络架构中，现场控制模型需要和底层网络和上层信息网络进行数据传输，将其现场的设备层定位为底层信息网络，以现场总线协议标准为基础，采用功能块结构作为智能设备，以组态设计为基础进行多种功能的开发，利用智能转换器和常规检测仪表电流电压信号完成数字转换，利用PLC 接口和原有的系统进行连接。

现场总线控制网络要具有规范的拓扑结构，其设备要以网络节点的模式表述在现场总线网络中，为了保障节点间会进行正常、稳定的数据传输，可以将现场总线网络拓扑结构分为以下几种:

①环形(令牌)网:

最大特点在于时延较为稳定，在重新加载网络时有较高的效率，但是负载较轻时，等待令牌会形成没有必要的时延，此时传输效率有所下降。

②总线网:

主要特点是节点衔接稳定、成本小。轻载的状态下时延低，但网络通信负荷较大时，时延有所加大，网络效率较低，其数据传输时延较差

③树型网 :

基本的特点在于扩展性加强，频带宽阔，节点间通信质量差。

④令牌总线网:

将环形网和总线网络的相融合，这样的网络时延没有大的冲突，其节点接入可靠，稳定性较好。

2 现场总线控制网络模型与网络集成的探究

2.1 网络的硬件平台设计

在现场总线控制网络模型与网络集成的探究中，将硬件平台的设计方案分为下述几种:

①购入现有的开发产品。

②采用单片机来进行自行研究开发。

③购买专门的芯片，在此基础上进行二次开发。

在选取网关硬件平台时，需要衡量其工业应用具有的特点，开发成本，性价比，周期，稳定性及其可扩展性。因此，在上述方案中，第一类方案虽然开发周期短，鲁棒性强，但是其价格颇为昂贵，成本太大，用户难以大量使用。第二类方案的开发周期较为漫长，难道较大，鲁棒性无法获得保障，尤其是TCP/IP协议的研发，所以第三种类型，购买专门芯片。进行二次开发是好的选择，专用芯片价格较为合适，集中了很多片内设备供给开发使用，降低了开发的难度，提升了系统的稳定性。

2.2 控制网络与信息网络的集成

控制网络和信息网络的融合，可以通过下述方式来实现，即是在底层网段和中间监控层间添入中继器、网桥、路由器等多种硬件设备，将控制网络定义为信息网络扩展和之紧密合成:

①在控制网络和其信息网络中添入DDE 技术

在控制网络和信息网络中具有共享存储器工作时，利用动态数据交换 DDE(dynam-ic data exchange)方式体现二者合成。

②控制网络和信息网络利用统一的协议标准。

该方式成为控制网络和信息网络集成的最优解决方案。

3 结束语

为了更好地组建自动化企业系统，给出现场总线控制网络模型，对现场总线控制网络模型与网络集成进行探究。

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