工业控制系统网络化

时间：2023-03-31 22:51:02 信息安全毕业论文我要投稿

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工业控制系统网络化

　　本文通过对工业控制系统网络化进行研究，认为工业控制系统网络化浪潮将如今多种流行技术融合，使得工业控制领域拓展了发展空间，并且有着新的发展机遇。

　　摘要：随着我国计算机技术、控制技术以及通信技术的迅猛发展，一场前所未有的变革在传统的控制领域当中，并且日益向网络化方向发展。工业控制系统已跨入网络化控制的新阶段,网络化工业控制系统已成为制造业控制、过程控制和测控技术等领域中的重要研究方向。

　　关键词：工业控制系统;网络化

　　一、计算机控制系统发展状况

　　由于控制系统的发展和计算机及网络技术有着紧密的联系。在上世纪五十年代，在控制系统当中就开始应用计算机。而在上世纪六十年代初期，控制系统当中就有着模拟控制被计算机完全替代，这也就是俗称的直接数字控制。到了上世纪七十年代中期之后，由于当时忑微处理器，这使得有着快速发展的时期在计算机控制系统当中，由于这一时期的计算机控制系统在进行分散控制的时候采用多台微处理器，并且集中管理则是通过数据信息网络来实现，这时候也被称为集散控制系统。在上世纪八十年代之后，通过对微处理器以及一些外围线路的利用，从而使得模拟仪表被数字式仪表所代替，这种控制方式的采纳，使得整个系统的控制精度和控制的灵活性得到显著的提高，并且由于系统当中是使用多回路的巡回采样及控制技术，这就使得和传统模拟仪表相比，其有着的性价比比较高。在八十年代中后期这一阶段，在面临着日益复杂的工业系统，这就使得进一步增多回路控制，单一的控制系统在面临着现场生产控制要求以及生产工作的管理要求则不能够满足，并且在这一阶段有着很大的提高在微机和中小型计算机的性价比。所以，大量的进行应用微机和中小型计算机两者共同作用下的分层控制系统当中。而进入九十年代之后，该阶段计算机网络技术得以迅猛发展，这使得计算机控制系统也得到更迅速的发展，并且系统的可维护性和可靠性得到显著的提高，如今计算机控制系统依然在工业控制领域占据着明显的主导地位，可是由于显现出的封闭性、所需要的费用比较高以及进行布线比较复杂，这使得有着很大的困难在进行不同厂家产品的集成上。而在上世纪八十年代后期以来，由于出现大规模集成电路的大发展，现场设备智能化趋势增强，这样就积极的需求能够通过一根通信电缆，就能够将具有统一通信协议通信接口的现场设备技能型连接，而设备层所传递的是数字信号，而不是传统之前的I/O信号，这也就是俗称的现场总线。由于现场总线将网络控制系统当中的自身开放性和可靠性问题进行了解决，这使得计算机控制系统的发展趋势是现场总线技术。自从现场总线技术提出之后，一些发达的工业国家以及跨国工业公司都退出自己的现场总线标准和相关产品。

　　二、现场总线技术的研究现状

　　为了对计算机控制系统当中的技术瓶颈进行克服，更加适合现场需要，这时候就应运而生现场总线技术，其实质性的内容就是通过现场只能设备和自动化控制设计使用多借点、数字式以及双向串行通信网络连接，这也就是现场底层设备控制网络。由于控制网络所直接面向的对象是生产过程，这是和Internet、Intranet等类型的信息网络有着本质上的区别，所以要对的可用性、可靠性、资料完整性和实时性比较高。为了对这些特性进行满足，则必须将标准的网络协议进行简化，使得其中的一些中间层进行省略。只是应用层、数据链路层和物理层这三个层次。

　　在进行现场总线的发展初期阶段，各个公司都有着自己的现场总线协议的提出。为了对如此混乱的局面进行解决，在1999年12月31日通过投票，IEC确定了国际现场总线标准，而之后在此基础上所形成的新的现场总线控制系统，其中糅合了智能仪表、自动控制技术、数字通信技术、网络技术以及计算机技术等多种技术手段，并且做到了从根本上突破以往的传统点对点模拟信号或者是数字，解决了以往模拟信号控制所具备的局限性，这使得新构成的通信和控制系统具有多接点、互连、智能、全分散、多变量、双向以及全数字化。并且有着比较大的变化在相对应的控制网络结构当中。其典型结构分为3层：设备层、控制层和信息层。

　　三、现场总线技术存在的问题

　　虽然这些年有着非常迅速的发展在现场总线技术上，可是在应用过程当中也面临着诸多的问题，并且随着应用范围的扩大，其制约范围也呈现进一步扩大的趋势，其问题主要总结为以下几点：

　　首先在进行选择现场总线上。即使目前IEC组织已经达成国际总线标准，可是在现实过程当中总线种类依然显得过多，所有的现场总线都有着最合适的应用领域，对于客户来说，依然比较棘手的是实际的客观情况按照应用对象，通过各种不同层次的现场总线组合进行使用，这样使得系统的各个部分都能够做到最合适的现场总线的选择。

　　其次是系统的集成问题。在及时的应用过程当中，一般在一个系统的现场总线都会有多种形式的采用，所以必须做到无缝集成在工业控制网络和数据网络之间实现，其关键环节就是管控一体化在整个系统当中实现。在设计网络布局的时候，现场总线系统要对各现场节点距离进行考虑，还应该对现场节点的功能关系和网络上信息的流动情况等情况进行考虑。而现实情况是智能化的现场仪表有着很强的功能性，所以就会有着相同的功能块在许多仪表当中，要仔细考虑哪个功能块在组态时选用，并且要最小化在网络当中的信息流动上。并且有着很重要的是组态通信参数，要做好平衡在系统的实时性与网络效率两者之间。

　　最后存在着技术瓶颈。在系统当中存在着技术瓶颈主要体现在：一方面当总线电缆截断时，整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低，但不能崩溃，这一点目前许多现场总线不能保证;另一方面系统组态参数过分复杂。现场总线的组态。参数很多，不容易掌握，但组态参数设定得好坏，对系统性能影响很大。

　　四、结束语

　　综上所述，立足于当前的趋势分析，工业进入现场控制当前还比较难做到使用现场总线进行替代和作为进行实时控制通信的单一标准。当前的工业控制系统网络化采纳现场总线显得良莠不齐，而以后的发展趋势是通过混合式控制系统进行发展。

　　参考文献：

　　[1]陈慧琴,蔡均.工业控制系统信息化发展综述[J].仪器仪表用户,2007,1

　　[2]罗公亮.希望的曙光——工业以太网数据交换标准OPC DX[J].冶金自动化,2002,2

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