工業控制網絡應用系統集成的設計與開發

1引言

上業控制技術作為信息技術的重要應用領域，在信息技術的帶動下迅速發展。上業控制系統從簡單的信號反饋控制、計算機控制技術發展到以信息網絡為依托，以現場總線技術為基礎的現代網絡控制技術。網絡控制系統中所有設備通過信息網絡連接在一起，形成了一個有機的整體。以信息網絡技術和現場總線技術為基礎的現代網絡控制系統，不僅為上業控制系統提供了基本結構，也為各種現代控制理論在上業控制系統的應用提供了基本條件。

Internet和網絡計算技術的出現和實施，為上業控制系統提供了新的發展空間，提供了新的技術支持。網絡控制在Internet技術的支持下，從高成本復雜系統變成了低成本控制系統。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現在和將來TI'產業發展的重點課題，也是上業控制網絡應用系統集成的意義和發展方向。

場總線網段、普通局域網段和)‘一域網段三個層次。其中，現場總線網段用于上業控制網絡的底層兩級中的總線和控制設備間的通信。

從典型的上業控制網絡應用系統集成的體系結構及其集成原理的角度出發，將其分為兩部分來考慮，即Lt11與上業控制網絡的集成以及上業控制網絡與Internet之間的集成。
本文將對其原理與集成方法加以介紹。

2. 1 LAN與上業控制網絡的集成

LAN與上業控制網絡的集成，實質是現場總線網段與LAN之間的集成。

2.1.1運用OPC實現Lt11與上業控制網絡的集成

在對本系統進一步完善前(2003年以前)，我們運用OPC實現其之間的集成。

OPC( OLE for Process Control)指用于過程控制的對象鏈接與嵌入(OLE)技術，或者說是對象鏈接與嵌入技術在自動化領域的應用擴展。OPC建立OLE( object linking and embedding)規范之上，它為上業控制領域提供了一種標準的數據訪問機制。而OPC是靠OPC服務器(包括OPC數據訪問服務器、OPC歷史數據服務器等)來實現的，這個服務器對下層現煩設備提供標準的接口，使得現場設備的各種信息能夠進辦OPC服務器，從而實現向下4_聯(如圖1①②③}

圖1左上部分亙表示數據庫通過OPC歷史數據服劣器與LAN網段進行數據交換。

圖1右下部分歐現場總線網段層的ProfiBus控制網異部分)表示了OPC服務器充當現場設備接口時的連接劣系。當它作為下層現場設備的標準接口時，它代替傳統午"I/0驅動器”來完成與現場設備的通信。OPC服務器與" I/0驅動器”的不同之處卞要在于它向客戶端(即需要訪位OPC數據源的客戶應用程序)提供了一套標準的OLE括口。通過這些統一接口，所有客戶應用(包括企業管理層}`高級客戶應用)都可以采用一致的方式來與現場設備通信。

這里，用WEVAC基本型作為OPC Server,與所有能作丈OPC Client端的應用軟件進行數據交換[al。 從數據傳輸的角度來講，OPC服務器實際上就是一個I/ 0驅動器，它一方而提供與數據供應方(包括硬件和軟件)的通信，另一方而又將來自數據供應方的數據通過標準OPC接口“暴露’，給數據調用方，數據調用方充當了OPC客戶(OPCClient)角色。

OPC服務器還向上層的應用程序提供標準接口，使上層的應用程序(如VB和VC應用程序)能夠取到OPC服務器中的數據，從而實現向上4_聯。值得一提的是，OPC服務器不僅可以用于硬件設備與系統軟件之間的通信同時還可以用于各個軟件應用程序之間的通信。只要每個應用程序都給其他應用提供一個標準的OPC接口，它們之間的數據交換就不再是個棘手的問題。

OPC規范提供了兩套接口方案，即COM和OLE自動化接口。COM接口效率高，通過該接口，客戶能夠發揮OPC服務器的最佳性能，采用C+ +語A的客戶一般采用COM接口方案;自動化接口使解釋性語A和宏語A客戶應用程序變得簡單，令用這些語A訪問OPC服務器成為可能。采用VB語A的客戶一般采用自動化接口。

基于上述的特點，OPC技術為不同的現場總線控制網絡間提供了一個通用的I/ O接口。不同類型的現場總線可以通過運用OPC技術，間接地實現信息的交4-。而在上業控制網絡實用中，這確實也是現今解決因8種現場總線標準不同而造成總線勺_操作極其困難的較佳方法之一，因而，這就使上業控制網絡應用系統橫向和縱向集成的實現變得簡單。(如圖1了l下部分助

同時，還需要指出，本系統在Lt11網段中的中間設備是通過DOOM( Distributed Component Object Model)技術實現其連通性的。DOOM網絡由服務器和客戶機組成。

2. 1. 2運用PROFINET實現LAN與上業控制網絡的集成

在對本系統控制網絡應用系統進一步完善時，我們對部分新加入的組件，也嘗試了這些方案—PROFINEI'方案(如圖1中國h示)。

PROFINET采用標準TCP/ IP以太網作為連接介質，采用標準TCP/ UDP/ IP協議加上應用層的RPC/DOOM來完成N點之間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統PROFIBUS系統和新型的智能現場設備[‘一3J。現有的PROFIBUS網段可以通過一個代理設備(PROXY)連接到PROFINET網絡當中(如圖1中國h示)。

PROFINET方案易于實現整個上業控制網絡應用系統橫向與縱向的網絡集成:PROFINET基于TCP/ IP，能將上廠的商務網、車間制造網絡和現場級的儀表、設備網絡構成透明網絡，并易于與WPh功能相結合。但是，PROFINET方案技術尚未經過民時間的實踐檢驗，技術也并非完善，如實時性問題，滿足現場環境問題尚需要得到更好的解決。

用發展的眼光看，各現場總線捆綁以太網是技術進步與適應巾場的趨勢。而對于本課題—上業控制網絡應用系統集成而A其意義在于應用以太網技術讓橫向、縱向的信息集成與交換變得更簡單與方便。

2. 2上業控制網絡與IntPrnPt之間的集成

上業控制網絡與IntPrnPt之間的集成可以有兩種方式:

(1)上業控制網絡(這里是FCS)通過企業網間接和Internet集成;(2)上業控制網絡(這里是FCS)直接和Internet集成。在本系統中，用后一種方式。

出于安全性以及可行性考慮，系統的設計采用網絡勺_聯技術，運用網關，實現上業控制網絡與Internet集成(如圖1的

通過配置以下兒項，可以執行一項服務(這里，服務被看作一次請求)。

( 1)需要監測或者控制的OPC group/ items(包括實時數據和歷史數據)。
( 2)用戶細}u
( 3)每個服務器指定的介紹格式以及報告類型。

WG的詳細結構請參考圖20

3結語

隨著Internet的迅猛發展，TCP/ IP的簡單實用已為)‘一大用戶所接受，以太網技術已成為現場總線技術發展的新殼點，各利‘現場總線都在致力于與以太網技術的結合。以太網技術已經深入到控制網絡領域這一發展趨勢無疑有利于企業信息系統的層次簡化，以及橫向、縱向的信息集成與交換，也有利于進一步降低系統成本。

同時，網絡控制在Internet技術的支持下，已從高成本復雜系統變成了低成本控制系統。可以斷言，控制系統網絡化時代已經到來。相信在Internet是一種超資源概念的引導下，如何利用這種資源將是現在和將來IT產業發展的重點課題。