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1、自动化与仪表第16卷2001年第6期文章编号:100129944(2001)0620015203X以太网与现场总线的混合网络设计刘三山,万曼影(上海交通大学动力装置与自动化研究所,上海200030)摘要:介绍了一套现场总线与以太网混合的控制系统,这是一种全分散、全开放的控制网络。尝试地设计了一个高速现场总线与上层以太网连接的网关,该网关可用于采用高速现场总线的过程自动化控制网络。关键词:现场总线;以太网;控制系统;FCS;DCS中图分类号:TP393.03文献标识码:B1引言FCS通过网关(Gateway)与上位管理系统相连,计算机和网络技术的飞速发展,引起了自动把工业现场的各种参数及数据传
2、送到上级管理网化系统结构的变革,产生了一种新型的控制系统络,为管理层决策者提供第一手资料。网关负责两即现场总线控制系统(FieldbusControlSystem,方面的功能:一是接收现场总线上的数据并对其FCS)。它与传统的集散控制系统(Distributed进行解释,向上传送到管理网络;二是把系统发出ControlSystem,DCS)相比,具有全开放、全分散、的命令和数据转换为现场总线的数据格式送往现互操作等优点。但是,现场总线技术目前还具有很场仪表。大的局限性,首先是目前的现场仪表和设备的计系统采用现场级、监控级以及管理级3个层算能力和信息处理能力较低,而复杂的控制功能次实现。仍集中
3、在一台控制计算机上,不能实现全分散控(1)现场级制,仍然存在风险集中的现象。其次,现场总线仅现场级包含现场IöO模块、传感器及执行机仅作为系统的一个组成部分,位于系统的底层,不构,主要完成现场数据的采集、数据化,并向上一足以实现系统的全开放结构。级网络提供数据以及驱动外围的执行机构等。IEC61158标准包括8种类型的现场总线,有IöO模块主要完成现场各种信号采集、驱动部分些未成为标准的现场总线也已经占有很大的市外围的执行机构以及向监控级提供现场实时数据场,而不同现场总线产品不能实现互操作。因此,功能。这个层次的数据传输率是自动设置的,即从要实现现场总线技术的应用和发展,必须考虑现站的数据传
4、输率是自动设置的,主站可以自动识有现场总线产品系统集成的问题。别从站的数据传输率。另外,从站的软件编程组态本文提出一种现场总线与以太网混合的网是通过主站来完成的。Fieldbus完成现场的数据络,实现了全分散全开放。信息传输功能。(2)监控级2现场总线与以太网的混合控制网络监控级包含IöOStation、远程IöOStation、图1是一个典型的过程控制网络:最底层的RepeateröExtender等,主要完成现场的数据监现场总线连接着各类现场智能仪表,包括各种变控、扩展网络、提供与管理级和现场级设备的通讯送器、测量仪表及调节阀等。低速现场总线通过耦接口,并完成相应的通信以及驱动部分外围的
5、执合器连到高速现场总线上,并作为它的一个节点。行机构等。管理现场仪表和FCS的上位机组成上层以太网。(3)管理级X收稿日期:2001207226·15·控制系统这一级包含工控机、仪表显示单元、指示灯及按钮操纵单元等,主要完成系统管理、与外围其它的网络连网通讯、主机参数综合显示、指示灯及仪表的重要参数的显示等。管理级中管理微机上的监测软件可以对现场信号进行集中的监测报警。本系统的监测软件采用网络化设计,它建立在TCPöIP协议族的基础之上,具有良好的扩展性和互连性。它不但具有一般监控软件的全部功能:如参数集中显示、越限报警、参数ö报警打印等,还具有联网所带来的特殊功能,包括任意监测主机故障时的
6、自动化切换、网络故障监测、监测主机之间的资源共享等。该监测软件运行在Windows95öNT平台上,本软件不仅能够提供方便的图形用户界面(GraphUserInterface,GUI),而且可以充分利用32位操作系统和PentiumCPU,从而提高了速度,扩展了功能并增强了稳定性。work,LAN),它不仅象路由器那样可以再生发来的信号,还能在信息包转发之前完成基本的信息3连接现场总线与以太网的网关的设计包过滤功能。不同于中继器把所有的信息包往前原理框图参看图2,它的功能是连接作为以传送,网关只传送需要的信息。使用不同物理层技太网节点的上位机与设备网络现场总线,并留出术的LAN需要用网关相连
7、,网关也可以进行速调试口以接调试机和终端。度匹配,如常规的10Mbös以太网和100Mbös快网关能连接不同的局域网(LocalAreaNet2速以太网可用网关连接。3.1器件选择1所示。(1)微处理器选择综合比较,MC68360虽然价格较高,但因其我们在方案设计中首先考虑采用何种微处理具有7个串口:4个串行通信控制器(SCC),2个器。现将目前应用广泛的几种CPU作比较,如表串行管理控制器(SMC),1个串
