浅谈工业以太网在轧钢厂自动控制中的应用

【摘 要】在当前工业生产控制日趋自动化、智能化的背景下，传统的集中控制、集散控制以及现场总线控制等方式在远程自动控制、工业通信等环节存在着一定的不足之处，限制了工业生产自动化、智能化水平的进一步提升。为了满足工业生产的现实需求，工业以太网在实际应用中崭露头角，其自动控制的及时性、可靠性和安全性有了很大水平的提升。本文探讨了工业以太网在轧钢厂自动控制中的应用，旨在提供一定参考借鉴。

【关键词】工业以太网 轧钢厂 自动控制

1 以太网在工业控制领域的应用

令牌总线控制是当前工业生产领域应用较为广泛的控制形式，这种控制形式的特点是工业控制网络内部工作站控制指令的传递是由令牌进行控制的。在当前的工业控制领域，控制网络内部令牌接收节点在规定时间内对传输介质进行访问，并向控制目标发送指令信息。在完成信息传输或规定时间结束后，令牌将会传递至下一个工作站。这种控制方式，通过令牌限时传递实现了信息传输确定性控制。

在当前应用较多的工业控制系统中，其内部控制指令信息传递峰值约为10M 工业以太网最大负荷的5%，相应的该峰值也只占到100M工业以太网负荷的0.5%，在合理科学设计的条件下，能够实现工业控制系统内部网络节点和通信数据信息技术的有效控制，将网络总负荷限制在10%以内 ，这使得工业以太网取代传统令牌网成为了可能。现阶段工业以太网的通信速率不断提升，一直从10M、100M发展到现在1000M、10G的水平。因此在工业控制数据信息传递总量一定的条件下，工业以太网具有更为理想的通信速率，传输延时相对较小，控制信息数据的网络碰撞机率更低。

其次，工业以太网的系统构建为星型网络拓扑结构，通过内部交换机的作用将系统划分为部分网段，协同作用控制工业生产过程，不同信息数据发送渠道的相互影响较小。工业以太网依托于交换机实现工业控制信息的存储于数据转发，同时不同端口节点部分能够实现I/O功能的缓冲，从而避免数据信息碰撞中交换机数据过滤功能在造成的丢包问题。工业以太网内部网段内节点之间数据的传输被限制在本地网段内部，不通过主干网进行传输，同时不影响其他网段的指令信息传达，这也难怪能够有效降低工业控制系统的网络负荷，提升指令的下达与反馈信息获得效率。

此外，工业以太网为全双工通信制式，在硬件层面上讲，端口间的链接介质为两对双绞线或光纤，每对介质负责不同的功能，分别进行工业控制数据信息的接收和发送，在指令与反馈信息双向传输的条件下，同一时段内不会出现信息冲突问题。

2 工业以太网特点应用优势分析

2.1通信实时性与确定性

工业以太网实现了高速、高质量的信号传递，能够满足当前工业生产控制管理工作对于数据信息实时性与准确性的要求。同时，拓展后的工业以太网能够实现变量数据的实时刷新，能够满足工业生产全过程跟踪控制的需求。另外，在硬件层面，工业以太网传输介质更为理想，全双工交换模式最大限度的利用了工业控制系统的信息资源，能够进一步替代令牌网络实现更高效率的的工业生产自动化、智能化控制。

2.2稳定性与可靠性

在部分工业领域，其具体的生产过程所处的客观环境较为复杂恶劣，如高温、高压、扬尘等条件对于自动化控制有着一定的影响。工业以太网为星型网络拓扑结构，不同网段间的相互影响较小，而且具有模块化拓展功能，出现故障问题时能够极为便捷的进行维修或替换，这使得工业以太网具有更高的稳定性与可靠性，能够适应更多工业生产环境。

2.3生产控制安全性

工业生产的过程中，不可避免的存在部分易燃、易爆或有毒气体等威胁企业人员生命财产安全的因素。工业以太网具有更大信息传递量于传递速度，能够对工业生产过程中出现的异常情况进行监测，并即时将监测结果提交控制人员，出现危险状况时能够第一时间进行告警，保证工业生产现场的安全。

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轧钢厂自动控制系统工业以太网基本参数的确定

在假设玩轧钢厂工业以太网后，在投入实际应用前应对网络进行调试，获得相应的系统参数，从而保证工业以太网能够正常运作。（1）工业以太网的网络拓扑结构。根据轧钢厂工业生产自动化控制的实际需求，可以选择环型拓扑结构作为厂区生产自动化控制网络各区段内部构架。环形结构是将厂区自动化控制系统各信息节点首位相连，从而形成控制指令信息传递的闭环管理。相对而言自动化控制系统与工业以太网络建设投入较少，而信息传递速度也能够满足工业生产实际控制需求。这样的组网形式能够存在部分信息冗余，同时在部分环路出现故障时，也不会对其他部分造成影响。（2）网络带宽的选择。随着信息科学技术的不断发展，当前工业以太网的网络带宽有了大幅度提升，己经从最初的1M带宽，发展到10M带宽、100M带宽及1000M带宽。综合信息传输效率、经济成本投入以及自动化控制实际效果等多方面内容，现代化轧钢厂自动化控制系统可选择100M网络带宽，不仅能满足实际需求，也能够有效降低工业以太网络乃至整个厂区自动化控制系统的建设费用。

3.2工业以太网在轧钢厂生产中自动控制统的实现

（1）信息管理层。工业以太网信息管理层在现代化轧钢厂的应用中负责工业生产数据信息的监控与管理，作为管理系统的终端，管理人员能够在管理层平台上获取相应的工业生产过程数据信息与图形图像，对这部数据信息进行存储、查询以及调用，同时可以根据自动控制系统的告警提示，下达控制指令，从而完成现代化轧钢厂生产过程的实时监测与远程遥控。（2）中间层。现代化轧钢厂自动化控制系统工业以太网的中间层，可以看做数据信息的传输介质层。主要由骨干网络、路由器、数据收发中转站、现场控制站点等部分构成。中间层轧钢厂工业生产过程中设备运行状态与数据进行传输，提交给信息管理层，同时也将管理层下达的指令信息向下传递到具体的设备上，实现控制动作数据的有效送达。（3）设备控制层。设备控制层是工业以太网的最底层部分，同时也是轧钢厂自动化控制系统获得管控信息反馈与动作执行的层级。设备控制层的监测与执行主要通过传感器与PLC控制器等构件完成，实现对轧钢厂电气设备工况的实时监测，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

综上所述，工业现场的通信网络是实现企业信息化的基础，随着企业信息化与自动控制技术的发展，发展基于以太网的网络化控制系统，应用于各种自动化控制领域，发挥其本身具有的高质量、高速度、高灵话性和低成本的特点，采取分步实施的策略，首先从解决“数字通”开始，再逐步过渡到个分散现场控制、管控一体化方向发展，必将为企业现代化生产带来史大的益处。

参考文献：

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