工业以太环网应用：断网监控

刘吉霞，朱德宝，赵 先，公 源

（1.江苏扬力集团有限公司 重型机床研究所，江苏 扬州 225127；2.山东大学附属传染病医院 信息科，山东 济南 250022）

0 前言

目前，工业控制领域中分布式控制系统的通讯有两种较为流行的技术方案，一个是现场总线技术，另一个就是工业以太网技术[1]。现场总线应用比较多，在此不再赘述，本文着重探讨工业以太网技术。所谓工业以太网，其技术上与商用以太网（即IEEE802.3 标准）兼容，但在产品设计时，在材质选用、产品强度、适用性以及实时性等方面能满足工业现场的需要。简言之，工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术。

工业以太网络有多种组网方式：星型、环型、双星型、双环型等，其中星型应用比较普遍，而环网技术是最近几年才发展起来的，该结构网络最大特点是允许网络出现一处断点。如果整个网络中某一根通讯电缆发生故障，不会影响整个控制系统的正常工作，此时可提前发出预警信息，预防真正故障的发生。

本文以JD39-1250 机械压力机控制系统为例，介绍工业以太环网在断网监控方面的应用。控制系统选用RockWell 公司产品，其中，CPU 为1769-L33ER 一台、配 PowerFlex753 变频器一台、1783 ETAP 三通一只、842E 绝对值编码器3 只、远程I/O站1734-AENTR3 个，每个站点均带有两个以太网口，顺序连接，即可组成一个环网，主从站点之间采用Ethernet 网络协议。编程软件采用通用的RSLogix5000 企业版，人机界面监控软件采用Factory Talk View，整个以太环网拓扑结构如图1 所示。

图1 压力机以太环网示意图

1 管理器的设定

该系统具有强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模块化、体系结构可扩展等特点，使得工业生产更加安全、稳定、快捷。CPU、I/O 模块等都是智能的，任何模块的热插拔都不会影响其他模块的正常工作，更加安全稳定地保证了正常生产。

在整个网络系统中，1769-L33ER 和1783 ETAP 均可作为管理器（Supervisor），即传统意义上的网络主站，来监控管理整个网络的状态，但一个系统中只能有一个管理器被激活（Active），其余的都自动转为备用（Backup）状态。CPU 通过 Ethernet 读取被激活管理器的数据，可得知整个网络的连接状态。

激活管理器有两种方法：一种是系统自动设定，如果在程序中没有特别指定，系统会随机指定一个IP 地址较高的管理器为激活状态；另一种就是程序指定，在程序中可以通过MSG 指令激活某一个特定的管理器。一般情况下，为了管理、编程方便，会采用第二种方法，具体例程如图2 所示。

图2 管理器激活

MSG 指令可对同一网络上的其他模块进行不定期的读写，并把数据通过一个类型为MESSAGE的数据标签反映出来，而对这个标签参数的设定，决定了读或写的内容。在上述例程中，需要把目标的IP 地址写入，则MSG13 的Service Type 必须为Set Attribute Single，具体参数设定界面如图3 所示。

图3 激活管理器MSG 参数设定

通过上述程序，首先把SET_DLR[20]这个数组中的[1]设置为数值1，然后把这个数据写入与之相同IP 地址的模块，就激活了IP 地址最末一位是1的管理器（默认网段为192.168.1.*，本例中为CPU 1769-L33ER）。

2 网络状态监控

确定了激活状态的管理器，CPU 再通过MSG 指令，就可以读取管理器中的环网状态，也可随时更新断网状态，程序如图4 所示。

图4 环网络状态读取

读取来的数据标签命名为GET_DLR，它必须是一个含54 组短整数（SINT）的数列，其中[1]代表当前网络状态，[17～20]与[27～30]代表被激活管理器两个网络端口连接设备终端的IP 地址。

通过GET_DLR[1]的数值，即可得知网络当前状态是否正常；不正常时，通过[17]与[27]的内容，很容易判断出以太网电缆断开的两个站点的具体位置，在不断电也不影响正常生产的情况下，可以及时更换电缆。

画面监控软件Factory Talk View 功能强大，操作简便，利用它可以开发出人性化的人机操作界面，如图5 所示。通过远程操作就可以实现全部操作，人员不需要特意巡检设备，在操作的同时就可以得知网络状态。

图5 网络监控画面

3 断网自动复位

网络发生断网现象，在不断电情况下被恢复正常后，需要人工清除故障地址（Verify the address），否则该信号一直保持直到断电，同样可以通过MSG指令来清除该信息，而MSG 标签的设定则必须如图6 所示。可在MSG 指令前加一个1s 的脉冲，这样会每隔1s 就读取当前管理器两个端口的连接终端的IP 地址，如果连接状态转为正常，则立刻清除故障，状态恢复正常。

图6 断网IP 地址复位参数设定

谨记，以上所有的MSG 指令都是针对激活状态的管理器而言，激活的管理器并不代表一定就是CPU，可能是其他具有管理器资格的设备，所以通讯路径必须根据实际情况确定，否则网络监控不会成功，而且不会有任何提示。MSG 通讯路径设置如图7所示。

图7 MSG 通讯路径设置

4 结束语

本文阐述了完整的工业以太环网断网监控有关内容，基本所有功能的实现均通过MSG 指令来完成，有兴趣的朋友可以参阅相关资料。

工业以太环网的应用及其断网监控的实现，大大提高了数据的交换速度，使得制动角等数据的计算更为精确，实际使用中，因插接不牢等人为因素造成的电缆断开现象，也很快得到解决。

随着现场控制复杂程度的加大，分布式网络的需求越来越多，要求越来越高，工业以太网因其传输速率高、软硬件资源丰富、成本低廉、易于与Internet连接从而实现办公自动化网络等优点，应用越来越广泛，而环网技术的应用更是大大提高了整个控制系统的安全性和可靠性。

[1]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]赵小虎，王海波，谭得健.基于三层结构的煤矿信息化系统研究[J].工况自动化，2005，（6）.

[3]朱建会，徐 震，刘 征.基于AB 1756 系列PLC 的高炉煤气净化系统.机械工程与自动化，2012，（4）.

[4]曹 娜，汪海涛.基于工业以太环网的矿井综合自动化系统在高家梁煤矿的应用.智能建筑与城市信息，2011，（9）.

[5]RockWell 动力、控制与信息解决方案.Logix5000 控制器通用指令参考手册.2011，（7）.