嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用研究

　　1 引言

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)成為了各國工控界的一個(gè)研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。國內(nèi)開展這項(xiàng)研究較早的浙江大學(xué)，中科院沈陽自動(dòng)化所，浙大中控等單位在國家“863”課題的支持下，起草了“用于工業(yè)測量和控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)”，并力圖在化工領(lǐng)域建成幾個(gè)示范性應(yīng)用項(xiàng)目。廣東工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中南大學(xué)，中科院自動(dòng)化所開展了嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)的研究，并進(jìn)行了“基于uClinux嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)控制器開發(fā)”，致力于發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)在工控領(lǐng)域的優(yōu)勢。

　　2 應(yīng)用背景

　　壓力、溫度、水位和流量是化工、污水處理以及鋼鐵等行業(yè)中最常用的控制系統(tǒng)，為了研究在各種行業(yè)、不同工藝流程下的通用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，所以本文中將不強(qiáng)調(diào)工藝流程。而應(yīng)用試驗(yàn)的對(duì)象也將使用中南大學(xué)率先研發(fā)的仿工業(yè)現(xiàn)場的被控對(duì)象，本文將對(duì)最常用的壓力、溫度、水位和流量四個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面仿真工業(yè)現(xiàn)場的試驗(yàn)。

　　3 嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　將企業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)分為控制層和設(shè)備層。針對(duì)現(xiàn)場對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性參數(shù)的嚴(yán)格要求，在控制層網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　而解決網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性問題則采用了控制區(qū)域（Control Domain）概念，將控制現(xiàn)場分區(qū)，減少各個(gè)控制區(qū)資源競爭的情況。而控制區(qū)域之間的是通過以太網(wǎng)交換機(jī)（交換式）來通信。

　　改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂茖泳W(wǎng)絡(luò)由100M以太網(wǎng)構(gòu)成組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

　　每個(gè)控制區(qū)域（Control Domain）包含以太網(wǎng)交換機(jī)和嵌入式的工業(yè)以太網(wǎng)控制器，以及一些變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖2所示。

　　而位于控制區(qū)域中的工業(yè)以太網(wǎng)控制器采用嵌入式系統(tǒng)來設(shè)計(jì)。