一、工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)概述

由于惡劣的工業(yè)環(huán)境，使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)比商用網(wǎng)絡(luò)提出了更高的可靠性要求，導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)的冗余技術(shù)應(yīng)運而生。工業(yè)自動化中的以太網(wǎng)冗余技術(shù)包括：電源冗余、介質(zhì)冗余、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點冗余等內(nèi)容。

控制系統(tǒng)的基本冗余要求就是通信網(wǎng)絡(luò)每一部分在出現(xiàn)電源故障后都能夠連接到后備電源上，一旦停電，后備電源就開始接替供電，并且通過E—mail或者繼電器輸出向管理人員發(fā)送電源故障警報。介質(zhì)冗余可以在部分網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處構(gòu)成一條備用路徑，這就是TSC所倡導(dǎo)的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點冗余是使與設(shè)備連接的交換機構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，2個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都必須連接到雙引導(dǎo)的控制器上。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生的時候，為保證系統(tǒng)正常運行，控制器確保與終端連接，2個以太網(wǎng)界面均應(yīng)連接到2個冗余交換機上，并選擇較穩(wěn)定的一條作為主路徑。網(wǎng)絡(luò)冗余即架構(gòu)一個所有設(shè)備都有冗余功能的網(wǎng)絡(luò)。一個完全的冗余系統(tǒng)包含：冗余交換機、冗余通信端口和一對冗余設(shè)備。所有的以太網(wǎng)設(shè)備和工作站都必須要連接到2個獨立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路中去。完全系統(tǒng)冗余可以形成一個數(shù)據(jù)流失最少、具備快速冗余時間的可靠網(wǎng)絡(luò)。

二、雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)在DCS中的實現(xiàn)

為構(gòu)建10M/100M自適應(yīng)雙重冗余工業(yè)現(xiàn)場以太通訊網(wǎng)絡(luò)，必須選擇匹配的網(wǎng)絡(luò)類型并進(jìn)行合理的冗余配置。

首先，選擇工業(yè)以太網(wǎng)類型必須考慮與已有的控制平臺匹配及各類網(wǎng)絡(luò)的特點。由于控制平臺所采用的系列PLC具有基于Modbus/TCP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，同時Modbus/TCP工業(yè)以太網(wǎng)由于具有簡單、高效的特點，并且在考慮初始投資和充分利用現(xiàn)有資源上有明顯優(yōu)勢。因此，系統(tǒng)中采用基于Modbus/TCP協(xié)議的10M/100M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。

其次，為保證通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要進(jìn)行合理的冗余。①電源可靠性：為保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電源能正常，因此所有的交換機的電源均采由UPS供電。②設(shè)備冗余：在每個配置2臺TSC Carat5508系列交換機，同時每臺交換機均采用冗余電源配置，在每一臺PLC上設(shè)置兩塊通訊以太網(wǎng)卡，在每一臺監(jiān)控計算機中均配置2塊以太網(wǎng)卡。③通信介質(zhì)冗余：采用工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議使得每個設(shè)備間的通訊均存在冗余通路。通過上述冗余技術(shù)最終實現(xiàn)了基于Modbus/TCP協(xié)議的雙重冗余星型10M/100M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

從圖1可以看出，通訊系統(tǒng)的可靠性通過冗余技術(shù)得以保證，若系統(tǒng)其中一個通訊通道中設(shè)備出現(xiàn)任何的故障，可以迅速切換至另一個通訊通道通過冗余設(shè)備進(jìn)行通信。

三、結(jié)束語

使用卓越信通解決方案的優(yōu)勢

1. 最優(yōu)的工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議“Supreme-Ring”

2. 單點或非同一主機所連的多點網(wǎng)絡(luò)故障不會影響系統(tǒng)正常運行

4. 在潮濕、高溫環(huán)境中能夠長期可靠工作

5. 優(yōu)化的管理方式

6. 良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性

近幾年工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有了長足進(jìn)步，采用環(huán)型連接代替星型、總線型、使用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通訊技術(shù)及虛擬局域網(wǎng)技術(shù)等措施，使得以太網(wǎng)通信的實時性及確定性得以保證;從物理層及協(xié)議等方面完善以太網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到了工業(yè)要求的高可靠性;總之，隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的成熟和統(tǒng)一，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將會越來越廣泛為自動化技術(shù)的實現(xiàn)提供更為強大的可靠的保證，將在國家“以信息化帶動工業(yè)化”的進(jìn)程中發(fā)揮越來越重要作用。