来源：电子技术应用  作者：吴道虎 郭 江 李敬武

摘要：为实现企业ERP、MES、PCS三层信息一体化的集成以及不同总线产品之间的信息互连、互换、互操作和统一组态，提出了将工业Ethernet技术融合到FCS的观点，并将其成功实施应用，取得了较好的经济效果，实现了工厂信息自动化。阐述了系统设计的关键技术以及设计技巧。

关键词：工业Ethernet 控制 FCS 系统集成 工厂信息自动化

随着现代工厂信息自动化进程的加快，企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来，实现企业资源规划ERP（Enterprise Resource Planning）、生产执行系统MES（Manufacturing Execution system）、生产控制系统PCS（Process Control System）三层信息一体化的解决方案。在PCS设计过程中，通常采用的是现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。但由于现场总线相互之间兼容性差、生产现场自控设备的种类繁多，导致不同的总线产品之间无法实现互连、互换、统一组态及互操作；而Ethernet具有通用性强、技术成熟、带宽迅速增加等特性。在现场总线控制网络中，将价廉物美的Ethernet设备应用到现场控制网络已成为必然趋势。本文将阐述利用工业Ethernet技术和FCS融合技术实现工厂信息自动化的案例。

1 工业Ethernet技术及其在工业中应用的改进[3～4]

现场控制网络要求具有较强的实时性。而Ethernet由于采用的是CSMA/CD协议，使其天生缺乏确定性（Determinism）和鲁棒性（Robustness），必须对其进行改进方可应用。

（1）将传统的总线式结构改为星形连接结构，并为连接在端口上的每个网络节点提供独立的带宽，使连接在同一交换机的不同节点之间不存在资源争夺，降低总线上数据发生碰撞的次数，增加系统的确定性；

（2）采用数据交换技术，以提供数据缓冲、提高数据网段的智能，降低数据冲撞和重发概率；

（3）采用TCP/IP协议，确保数据安全可靠到达接收方。在网络链路层中所有硬件对TCP/IP的应用是透明的，TCP为传输控制协议，而IP为网际协议。TCP/IP为数据传输提供了可靠的、面向连接的通信，它位于ISO/OSI模型中的网络层，负责将数据信息拆分为固定格式的数据包，并将数据包按一定的路径传输到的接收方，然后在接收方将数据包分解并重新组合成原始的数据信息。

（4）提高Ethernet通信速率，以进一步增强其确定性。通信速率的提高意味着在相同的通信量的条件下网络负荷的减轻，而网络负荷的减轻又意味着网络确定性的提高。目前，100M甚至1000M的自适应网络已在局域网、城域网中普遍应用，10000M正在研制之中，为工业Ethernet奠定了坚实的基础。

（5）增强Ethernet接插件、交换机、通信电缆等抗干扰能力。由于工业现场环境十分恶劣，采用带屏蔽的双绞线或光纤通信方式是解决此问题行之有效的方法。

可以说，工业Ethernet向控制层通信渗透、应用于过程自动经的监控级、与FCS融合使用已成必然，同时它还可解决大规模系统中实时性和可靠性之间的矛盾。

2 设计关键技术

（1）一个网络测控系统最为重要的是要具很强的安全性。如果一个企业的Intranet和Infranet受到恶意攻击，造成生产过程的中断或者生产过程事故，将会造成比金融、电子贸易等网络受到攻击时更为严重的灾难，因此在设计时将网络安全性考虑放到第一位。本设计采用的是具有身份鉴别和报文鉴别特性的数字签名、加密解密技术，同时加入防火墙，而不采用通过操作密码登陆Intranet来赋予不同操作人员的权限方法；

（2）采用基于B/S（Browser/Server）和TCP/IP框架构成Web Client以及Terminal Server Client方式进行远程实时生产过程监控和在线检测设备健康状态，实现了车间的测、控、管的统一，真正实现了工厂信息自动化；

（3）远程监控通过Interent方式实现，而不是通过电话线拨号登陆方式直接与设备相连，从而改善了以往远程监控通过Modem造成的成本费用高、工作效率低、可用性不高以及传输速率低的现象；

（4）使用免IP地址协议技术。由于设计中采用了Web Client和Terminal Client并使用了Internet方式，实现远程监控必须为Web Server或Terminal Server设定IP地址。而在Internet上申请一个固定的IP地址费用十分昂贵，采用免IP地址协议技术，大大降低了企业的设计成本。

3 系统设计技术与实施

系统组成框图与网络布线见图1所示。

整个车间采用100M快速以态网为主干，100M到桌面的快速以态网网络系统。而在整个厂级的网络，从当前的100M快速以态网升级为ATM网，系统采用星型网络拓扑结构。各部门交换机采用622M ATM接口与主交换机相联，科室与大部门之间通过155M ATM接口与主交换机相联，网管工作站、数据库服务器通过100M以态网接