网络技术在原料场物料储运系统的应用

摘要：西门子网络技术已广泛应用于大中型工业控制系统。重钢集团于2009年6月建造的综合原料场项目采用了西门子PROFIBUS-DP和SIMATIC NET网络技术，完成原料的受料及供料，现已顺利投产、达产。

中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

随着近年来网络技术的成熟，及其在冶金企业自动化控制领域的大量应用，带来了可观的社会经济效益。本文简要叙述重钢新区环保搬迁项目中，基于PROFIBUS－DP（分布式现场总线）和SIMATIC NET （工业以太网）技术在原料场物料储运系统中的应用。

1、工业现场网络概述

在原料场物料储运系统中，应用了典型的信息网络和控制网络的集成形式―Etherent/ProFibus混合结构，以此来实现原料场物料储运系统的逻辑控制与人机监控功能。在控制信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。

1.1 PROFIBUS现场总线

1.1.1 PROFIBUS概述

PROFIBUS（过程现场总线）是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，并且是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

1.1.2 PROFIBUS-DP 技术特点

PROFIBUS－DP应用于现场级，是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯。主要使用主-从方式，周期性的使主控 CPU 和分布式 I/O 之间实现快速、循环的数据交换。DP 主站是控制 CPU 和分布式 I/O 之间的链接，通过 PROFIBUS DP 与分布式 I/O 交换数据并监视PROFIBUS DP网络。DP 从站（即分布式 I/O）负责在现场准备I/O执行器数据，使得数据可以通过PROFIBUS-DP发送至控制CPU。

1.2 工业以太网

1.2.1 工业以太网概念

SIMATIC NET工业以太网是西门子公司提出的一种基于以太网通讯的应用于工业控制领域的以太网技术。它的重点在于利用交换式以太网技术，为控制器、操作站等各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并与上层信息网络进行无缝集成。

1.2.2 发展优势和特点

随着互联网技术的发展和普及推广，使以太网技术全面应用于工业控制领域成为可能。目前，工业以太网技术的发展优势及特点主要体现在以下几个方面：

(1)发展优势。1)应用广泛。以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如等都支持以太网的应用开发。以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。2)成本低廉。普通以太网网卡的价格较现场总线网卡要便宜得多，此外以太网已经应用多年，人们对以太网的设计、应用等方面有很多经验，具有相当成熟的技术。3)资源共享能力强。随着Internet/Intranet的发展，在互联网上的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“管控一体化”。4)可持续发展潜力大。以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入。同时，新型技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

(2)发展特点。1)通信确定性与实时性。工业控制网络最大特点是信号传输的迅捷和准确。实时控制要求对某些变量数据准确定时刷新，快速以太网与交换式以太网技术的发展，使这一应用成为可能。采用交换式交换机和全双工通信，可使网络上的冲突域不复存在(全双工通信)，或碰撞机率大大降低(半双工)，使以太网大幅提高稳定性与可靠性。2)安全性。工业系统的网络安全是工业以太网应用必须考虑的―个问题。工业以太网可以将企业传统的信息管理层、过程监控层、现场设备层合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并与网络无缝集成，实现数据的共享，提高工厂的运作效率。但同时也引入了一系列的网络安全向题，工业网络可能会受到来自外部网络的病毒感染、黑客非法入侵与非法操作等网络安全威胁。

2、现场总线在原料场物料储运系统中应用

2.1 系统简介

原料场物料储运系统设计用来完成原料的受料及供料任务。一是完成来自翻车机、火车、汽车、码头各种原料的受料；二是通过堆取料机进行堆料和取料，向各厂用户供料。该系统因为地理条件的制约，胶带机等设备分布区域广阔，所以分别选择2个S7-400作为主站，各主站以ET200M作为从站，通过主/从方式分别达到分布式控制的目标，其主站以工业以太网络组网相互通信。

2.2 系统功能

控制系统基于SIMATIC NET工业以太网和PROFIBUS－DP现场总线，PLC控制器来完成翻车机系统、除尘器系统、码头系统、火车汽车受料系统、混匀供料系统、堆取料机系统以及各料线胶带机的自动控制、状态显示、故障记录及报警控制。

2.3 网络架构

网络分为2级，即PROFIBUS－DP的分布式现场总线和SIMATIC NET 的工业以太网。

(1)PROFIBUS－DP的分布式现场总线由PROFIBUS－DP屏蔽双线电缆、工业光纤链路模块（OLM）和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可靠性、实时性、连续性。(2)SIMATIC NET 工业以太网的监控网络由SIMATIC NET工业双绞线电缆、工业光纤交换模块（OSM）、操作站和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可靠性、实时性、连续性，同时也考虑与其它网络系统的信息交互。

3、工业网络的发展前景

以太网不仅继续垄断商业计算机网络通信和工业控制系统的上层网络通信市场，也必将领导未来现场总线的发展，以太网和TCP／IP将成为器件总线和现场总线的基础协议。

以太网可以一直延伸到企业现场设备控制层，被认为是未来控制网络的最佳解决方案。虽然目前工业以太网还不适合所有的工业自动化设备，并不能全面地应用于工业控制领域，但是以太网在进入工业控制领域的过程中将逐步成熟，并具有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景，其应用领域将不断地得到扩展，而且应用广度和深度也将继续扩大。

参考文献

[1] 廖常初主编.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.1.

[2] 陈凯.工业以太网在工业自动化系统中的应用及发展.中国西部科技,2008(22)．

[3] 曹文彪.工业以太网的应用和发展.成功(教育)2008(8)．

作者简介：冯杨，重庆大渡口，自动化助理工程师，2005年获重庆工学院学士学位。主要研究方向为工业自动化控制系统及其相关信息化领域。