冶金自动化系统中工业以太网的技术优势与应用

王晓凤

摘 要：以太网即互联网技术，是中国在工业4.0时代抓住机遇，进行产业结构升级的着力点。随着工业用以太网技术的革新，冶炼技术朝向信息数字化发展。通过对冶金系统进行信息化改造，金属冶炼技术已经结合以太网络技术，完成数字化控制平台的搭建，并能够实现无人自动化控制。本文将深入研究工业以太网在冶金自动化系统中的运作方式，分析工业以太网在金属冶炼领域中的使用情况，展望冶金工业信息化进程的发展方向。

关键词：金属冶炼；冶金自动化；工业以太网；工业4.0

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.024

0 前言

冶金工业正在经历转型时期，工业4.0时代需要传统工业抛弃旧有的产业模式，全方位的进行产业结构和产业技术的升级。工业用以太网正是产生于这一背景之下，随着网路信息化技术的日趋成熟和发展，冶金行业也全面进行数字化和自动化的改造。通过接入工业以太网，冶金自动化系统运行计算机搭载的软件，能够对金属冶炼过程实现全程实时自动化控制。冶金自动化系统通过接入TCP协议传输控制信息，利用以太网完成对冶炼设备的指令发送，TCP/IP协议时在冶金自动化系统中广泛使用的互联网协议。

1 冶金自动化系统中TCP/IP协议的应用

1.1 冶金系统中TCP/IP协议运行方式

冶金自动化系统中接入的TCP/IP以太网，符合国际上制定的互联网最新标准。冶金自动化系统由设备端、操控端、信息反馈设施三部分组成。设备端、操控端、信息反馈端三者呈层级组合态势，信息可以自由在三者之间多向传输。冶金自动化系统通过接入以太网，提高生产效率，同时极大的降低了设备运行维护所需要的费用。网络设备的接入，使得自动化系统具有了进行自我诊断以及检测的能力，降低了设备装配过程的复杂程度，减少了接线数量过多带来的维护与安装问题[1]。

1.2 冶金系统接入以太网案例分析

冶金自动化系统已经广泛应用于现代钢铁或金属制造企业，下文将介绍一个冶金自动化系统应用工业以太网的实际案例。上世纪九十年代初期，美国的容克莱尔高强度钢铁制造公司，就已经使用了罗可威尔自动化控制器制造公司设计的冶金自动化控制系统PMD-6/50控制系统。随着生产需求的增加，原有的自动化控制其处理网络传输的信息能力，已无法高校处理控制信号，之前使用的DH+万罗传输速率已经无法与生产速度适配，导致自动控制系统故障频发，并引起事故。为了提高冶金工程生产效率，避免网络信号传输速度影响冶金自动控制系统，需要接入工业以太网，以保证冶金自动化控制系统的稳定。所以，容克莱尔高强度钢铁制造公司升级了1788-N50E/G型以太网远程适配器，能够在更短时间内处理更多数量的信息[2]。

2 工业以太网特性和工作原理

2.1 工业以太网工作原理

工业生产中的以太网接入方式不同于平常民用互联网技术，工业以太网需要更高的传输速度、更低的故障率、更强的抗干扰能力，还需要具备便于维修，方便操作的特点。工业以太网的接入标准和检查方法涵盖民用互联网的协议和标准，同时有根据工业生产的特点进行了调整。

工业以太网能够在短时间内传输大量的数据，为保障数据传输过程不被干扰，使得冶金自动控制系统的运行能够更为高效，需要对自动控制系统接入工业以太网络，不仅需要加强信息数据的传输速率，还需要保证自动指令集的失真率维持在可接受的范围内，通过因特网结点对自动化系统的工作进行分配，能够使速冶金设备实现自动控制。

工业以太网通过使用ISO/OSI通信模型，在其数据链的路层及物理层中对相关技术规范加以反映，工业以太网也接入了TCP/IP协议，通过两种以太网技术协议的结合，可以使原始的低速现场的总线应用层协议有机结合，组成了具有强大功能的工业以太网专用协议[3]。

2.2 工业以太网特性

工业以太网技术传输信息的过程体现出及时性与真实性的特点，目前工业以太网的传输速率最低也能达到1Gb/s，最快可以达到10Gb/s。处理同样数量的数据和信息，通过提高传递信息的速度，在很大程度上减轻了自动控制系统的信息冗余。工业以太网使用交换机作为传输中介，信息数据可以储存在交换机中，在需要的时候提取转发，交换机的使用可以过滤重复数据，排除错误信息，保证了工艺以太网的主传输网络的畅通。交换机使冗余错误数据不需要经过主要传输线路，审核网络中节点的数据传送，使工业以太网具有极高的传输速率，能降低信息传输过程中的延迟情况，极大地减少网络传过程中发生的信息碰撞概率[4]。

冶金自动化系统使用工业以太网能够加强控制系统的可靠性和稳定性。工业以太网能够控制生产过程中涉及到的所有设备。金属冶炼制造在高温、高压的环境下进行，通过工业以太网对工业自动化控制系统进行调整，是生产的安全和高效的有力保障。

3 冶金自动化系统接入工业以太网的技术优势

工业以太网实际应用于金属冶炼制造的生产过程情况表明，工业以太网控制下的冶金自动控制系统运行平稳，工业以太网以10Gb/s的传速速率传递控制指令，几乎不可能出现冶金自动系统误动的情况。通过对冶金自动化系统接入工业以太网，是控制流程更为流畅迅速，改善了传统控制信号输送模式下的故障。

4 结论

冶金自动控制系统的信息化升级改造，需要搭建高速度的工业以太网。工业以太网的数据传输标准，能完美适配冶金制造业控制信号的传输强度。工业以太网运行稳定，操作性强，传输信息速度快，能够极大的提升金属冶炼过程的安全性和效率。继续建设冶金自动化系统的工业以太网络，是工业4.0时代产业升级的必然要求。

参考文献：

[1]袁振华.现场总线技术及工业以太网在多节点控制系统中的研究与应用[D].上海交通大学，2011.

[2]张金泽.基于CANopen的EtherMAC实时以太网应用层及网关研究[D].山东大学，2012.

[3]卓杰.基于Powerlink的热网监控系统设计与实现[D].内蒙古科技大学，2014.

[4]邓焕明.安全实时工业以太网研究[D].华中科技大学，2012.

[5]张晓峰.冶金自动化系统中多网络协同控制技术应用分析[J].计算机光盘软件与应用，2015，03（23）：306+308.