冶金自动化控制系统中工业以太网的应用探究

宋甜

[摘    要]随着我国改革开放的不断发展，我国的经济实力不断增强，同时，由于持续的科技创新和发展，企业之间的竞争逐渐转变为信息技术竞争。换一种说法，如今的信息技术能够覆盖到每一个行业当中，尤其是在冶金自动化的控制系统中，为了获得信息竞争的胜利，有必要建立好工业以太网。在本篇，文章主要针对我国现在的冶金自动化的发展现状，对工业以太网，对于冶金自动化控制系统的体系结构以及网络通讯、网格结构等进行分别探讨，希望能够为我国的冶金自动化做出一点自己的贡献，推进企业信息化的逐步发展。

[关键词]冶金自动化;工业以太网;控制系统;应用探究

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02

Application of Industrial Ethernet in Metallurgical Automation Control System

Song Tian

[Abstract]With the continuous development of China's reform and opening up， China's economic strength develops rapidly. At the same time， due to the continuous scientific and technological innovation and development， the competition between enterprises gradually turns into information technology competition. In other words， today's information technology can cover every industry， especially in the control system of metallurgical automation. In order to win the information competition， it is necessary to establish industrial Ethernet. In this article， the author is mainly for the development status of metallurgical automation in China， discusses the industrial Ethernet， and discusses the architecture of metallurgical automation control system， network communication and grid structure， hoping to make some contribution to the metallurgical automation in China and promote the continuous progress of enterprise informatization.

[Keywords]metallurgical automation; industrial ethernet; control system; application research

對于工业生产控制系统，网格是其“中枢神经”，将现场能够支持网络的相关设备进行有效连接，然后进行数据的互相传送，以此达到对于工业生产的有效控制。在现在的计算机网络中得到广泛应用的当属以太网。这其中首要原因在于它得到了厚实的技术支撑，已经是目前发展阶段的网络通讯行业的标准，也是因为我们对于以太网的相关技术的应用较为娴熟，所以可一定程度降低对于它的系统开发，节约一定的培训成本和不必要的花费;除此之外，还是因为以太网本身的优势，能够满足较高的通讯速率，因此可以结合以太网所具有的优势，与PLC控制器进行有效合作，推进建设全分散、全开放的控制系统。随着工业系统的不断发展，在不同种类型的网络中，工业以太网愈来愈重要，更是将其他类型的网络进行一一取代，成为现阶段自动化控制系统的核心网络，它的质量与系统的稳定性有着直接关系，同时还能够影响到我国工业生产的速度，影响到企业的最终效益。

1 工业以太网相关探究

1.1 工业以太网简单介绍

现在所说的工业以太网，主要说的是在技术上能够和商用的以太网进行兼容并用，同时在对产品进行设计时，需要把控好材质的选取，明确产品的强度，保证其适用性以及实时性、可靠性和本质安全性等，确保能够和工业现场所说的要求尽可能达到一致，满足生产管理的相关需求。

1.2 工业以太网在工业环境中存在的技术难题逐步推进解决

以太网是专门为了信息网络进行设计的，因此很大程度上忽视了工业环境的要求，尤其是通过利用CSMMCD来达到对共享媒体访问控制的传送时间，存有一定程度的不确定性，而且也不存在着优先级，因此不能够满足工业系统对于实时性的需求。不过在这么多年的发展中，工业以太网的相关标准和要求也得到了很大的发展，同时在工业环境中存在的难题也渐渐得到有效的解决。具体体现在于以太网的通讯速率不断提高，它也为我国工业以太网进入控制领域打下了坚实的基础。

2 冶金自动化控制系统的相关体系结构

2.1 基础自动化相关系统

当前阶段，应用比较广泛的自动化体系结构是基础的自动化系统，它是冶金行业中的一个较为典型的冶金自动化系统。在冶金的流程中，基础自动化系统也是重要且关键的组成，能够直接影响到整个的控制系统。基础自动化系统主要是将PLC、DCS以及工业控制计算机作为代表的控制模式，以此达到对于现场级的设备实现有效把控。对于该基础自动化系统来说，还是以PLC作为主要的控制方法。

2.2 过程控制相关系统

冶金的相关流程可以在线进行检测和监控，同时可以通过利用新型的传感器的技术以及光电一体化、数据融合、处理等相关技术完善过程控制系统，除此之外，还可以利用关键的工艺完成物流的跟踪，做好能源的平衡控制，实现环境的排放等目标，有效实现冶金流程的在线监测和控制。

2.3 生产管理控制相关系统

生产管理控制系统是冶金相干流程的全息集成。生产管理控制系统能够帮助推进铁——钢——轧横向相关数据完成整理和相互传送，同时还能够促进管理——计划——生产——控制纵向信息的完成整集。除此之外，还能够有效整合好生产的实时数据，整理记录好生产的关系数据，做好生产控制系统的数据仓库。利用数据的挖掘技术，为生产管理的控制系统提出自己的决策措施。

3 自动化控制系统的网络结构以及网络通讯

3.1 自动化系统中的网格结构

在我国冶金自动化控制系统中，存在多种网络设计用于从现场级到生产控制级，然后再到企业的管理层的网络结构。根据相关的研究分析，能够知道在我国发展的当前节点，用到最多的便是工业以太网。在现场级中，得到广泛应用的是西门子的Profibus网络，不过现在有态势表明在未来会有Profinet网络将其取代，Profinet网络是将以太网与Profibus进行相互融合的一种现场网络，而该新网络也是西门子的。基础自动化的系统中的很多现场级网络多是选择西门子的Profibus又或是Profinet，它们是我们现在阶段广泛流行和实用性较高的两个网络。不过我们需要知道的是Profinet网络本就比Profibus网络的质量优秀很多，Profinet属于后起之秀，更是基于以太网所成功建设的。对于现场级以上的相关控制系统选择的是工业以太网，它们的每一个工业以太网大多是利用的不同结构，譬如环形的结构又或是树形的结构等。以太网接口的每一个设备都是能够通过交换机以及集线器、路由器等等进行以太网网络的连接。除此之外，想要尽可能确保整个系统的网络可以顺畅运行，保证好系统的可靠稳定性，可以选择环形的网络进行系统的控制。

3.2 自动化系统的以太网网络通讯

3.2.1 PLC与PLC之间的以太网网络通讯

该网络通讯可以通过举例西门子的S7-300/400相关系列的PLC。它们可以利用S7通訊又或者S5——兼容通讯，在S5——兼容通讯主要是包括有ISO协议、CP协议和ISO-on-TCP，接下来主要是简要介绍下我们一般情况下能够用到的通讯方法，需要用到的硬件：2套S7-300系统还有PC机以及以太网通讯网卡CP1613、连接电缆;需要用到的软件有STEP 7。通讯方法介绍：

（1）S7通讯。该通讯方法利用STEP 7软件进行硬件组态以及网络组态的相关构建，同时做好通讯程序的高效编写。若是选用双边通讯，那么就需要PLC双方都要做好程序的编写，S7-300 PLC一般情况下调取选择的是函数FB12以及函数FB13进行通讯，而S7-400调用是函数SFB12以及SFB13展开通讯，若是选择的只是单边的通讯，那么需要在主动方进行程序的编写，S7-300 PLC选择调用的是FB14以及FB15展开通讯，与此同时S7-400调用的是函数SFB14以及SFB15。

（2）TCP通讯。该通讯方法利用STEP 7软件进行硬件组态以及相关网络组态，同时进行通讯程序的编写。PLC的双方都需要进行通讯程序的编写，而S7-300 PLC调用的是函数FC5以及FC6展开通讯，与此同时S7-400调取选用的是函数FC50以及FC60展开通讯。

（3）ISO通讯。该通讯方法同样是选择STEP 7软件达到硬件的组态以及网络的组态，同时进行通讯程序的编写。PLC的双方都需要做好通讯程序的编写，在S7-300 PLC中，调取选用的是函数FC5以及FC6达到通讯的编写，与此同时S7-400调用的是函数FC50以及FC60来达到通讯的要求。

3.2.2 PLC与HMI之间的以太网通讯

PLC与HMI两者之间存在的通讯种类也有很多。而对于不同的上位机的监控产品可能和PLC的通讯协议有着很大的差异。不过对于很多的监控软件来说，它们基本都是拥有着同一个共同的标准接口——OPC接口，也是因为这个原因，使得PLC以及HMI两者之间进行通讯的以太网能够依靠OPC展开通讯。与此同时，相关的用户还能够依靠利用VC以及VB等相关的编程软件去做一些监控界面的简单研发，同时和西门子的PLC完成TCP的直接通讯。

（1）OPC通讯。先要了解所需要使用的硬件有：1套S7-300系统以及PC机和以太网通讯网卡CP1613、连接电缆。

所需要用到的软件有STEP 7、SIMATICNET6.3。

组态构建：通过以太网通讯实现，利用STEP 7软件展开硬件组态以及网络组态。在上位机的监控软件中有效建立OPC相关接口通讯，与此同时还需要构建好外部变量。再利用变量内进行设备连接时需要确定好OPC接口的连接，在相关的变量寄存器内选择好OPC SCOUT位置以及选择好相关的变量，以此通过OPC接口达到PLC能够和上位机的相关监控软件HMI的有效联系。

（2）利用VB进行相关程序的编写，进行西门PLC的TCP/IP通讯联系，需要用到的硬件有：1套S7-300系统、PC机和普通计算机以太网通讯网卡、连接电缆。

需要用到的软件：STEP 7和VB。

实现以太网的通讯要求：通过STEP 7软件达到硬件组态以及网络组态，同时使用SIMATIC NET展开虚拟PC机的组态。

在PLC一方进行相关程序通讯的编写时，需要利用S7-300 PLC的调用函数FC5以及FC6展开通讯，而S7-400可以调用的函数为FC50依据FC60来展开相关通讯联系。在使用HMI一方利用VB进行相关通讯程序编写时，需要依据Winsock相关控件达到实现的目的。

4 结束语

总而言之，可以知道工业以太网对我国冶金自动化控制系统具有重要地位。在今天看来，我国的冶金自动化是以以太网作为风向标，作为舵手，推进冶金行业的发展。同时还需要促进以太网让其实用性和相关操作线、安全性能够达到相应的要求，尽可能满足不同制造商和客户的需求。与此同时，以太网本身还具有“一低三高”的优势，一低在于成本投入低，三高分别是实效、智能以及扩展性高，也正是因为以太网所具有的独特优势吸引了大批厂商，同时也能够看出在未来，我国的冶金自动化系统一定会因为以太网在其中的应用发展地更好，并成为我国经济发展的一大动力源头。

参考文献

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