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【函授论文】简谈工业以太网在自动化物流仓库控制系统中的应用(论文范文案例)

星级: ★★★★★ 期刊: 《中国高新技术企业》作者:杨建浏览量:4176 论文级别:热门本章主题:以太网和冗余原创论文: 5156论文网更新时间:12-24审核稿件编辑:Basil本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:4563 评论次数: 8188

导读:这是一篇关于工业以太网在自动化物流仓库控制系统中的应用的论文,对正在写以太网和冗余相关论文的毕业生有参考意义。

(山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂,山东 济南 250013)摘要:以太网作为目前应用最为广泛的局域网技术,在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用.依靠以太网和Internet技术实现信息共享,能给办公自动化带来很大的变革,也必将对控制系统产生深远的影响.

关键词:工业以太网;自动化物流仓库;网络冗余;控制系统;透明工厂

中图分类号:TP393      文献标识码:A

文章编号:1009-2374?(2010)21-0076-03

1 工业以太网——控制系统网络发展的主要方向

一般来讲,控制系统网络可分为3层:信息层、控制层和设备层(传感/执行层).传统的控制系统在信息层大都采用以太网,而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他专用网络.目前,以太网已经渗透到了控制层和设备层,几乎所有的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品.以太网之所以给自动化市场带来风暴式的革命,主要有三个原因:    

1。1 低成本的刺激和速度的提高a

以太网适配器的价格大幅度下跌以及各种产品和标准对以太网的支持是其成功的重要因素.20世纪80年代,1

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0Mb/s的网卡售价近1000美元;现在100Mb/s的网卡售价仅为20美元左右,而且很多PC机已经集成有以太网接口.以太网最初的数据传输速度只有10Mb/s.随着1996年快速以太网标准的发布,以太网的速度提高到了100Mb/s.1998年,千兆位以太网标准的发布将其速度提高到最初速度的100倍.最初的以太网需要1。2ms才能传送一个1518B大小的帧;现在,快速以太网已经将这一时间减少到120μs;如果采用千兆位以太网,这一时间只需12μs.现代以太网标准,比如交换、全双工传输、实时数据的优先级、带宽由10Mb/s到100Mb/s乃至1000Mb/s的升级,使以太网成为工业自动化网络中首选的传输方式.

1。2 现代企业对实时生产信息有越来越多的要求

当前,人类已经进入了以互联网为基础的知识经济时代,企业活动也已扩展到全球范围,生产系统中最主要的三大要素:物质、能源和信息之间的关系发生了巨大变

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化,信息已成为最活跃的主导性因素.为了提高生产的效率和效益,人们迫切需要了解生产过程的实时数据,将实时生产信息与企业的ERP系统结合起来.而企业的信息层大多数采用了以太网的解决方案,当控制层和设备层都采用以太网时,则可实现各层之间信息的无缝连接,而且整个网络系统将是透明的.

1。3 以太网的开放性和兼容性

现场总线从1984年开始提出到现在,共产生了60多个数字通信网络标准,有5000多种支持这些网络的产品.这些标准分别为不同的公司所拥有,并与他们的产品捆绑在一起,相互之间兼容性很差.这给那些使用多家产品的大型系统的集成和维护带来了很大的麻烦,因此迫切需要建立一个统一、开放的通信标准.工业以太网因为采用由IEEE802。3所定义的数据传输协议,它是一个开放的标准,从而为PLC和DCS厂家广泛接受.与现场总线相比,以太网还具有向下兼容性.快速以太网是在双绞线连接的传统以太网标准(10Base-T)的基础上发展起来的,但它的传输速度从10Mb/s提升到了100Mb/s.在大多数场合,它还可以使用现有的布线.此外,以太网还允许逐步采用新技术.也就是说,没必要一下子改变整个网络,可以一步步将整个网络升级.

2 工业以太网的特点

尽管工业以太网与普通商用以太网同样符合IEEE802。3标准,但是由于工业以太网设备的工作环境与办公环境存在较大差别,所以工业以太网设备要求工作温度范围较宽、封装牢固(抗振和防冲击)、导轨安装、电源冗余、24V DC供电等.一般来说,工业以太网设备与普通商用以太网设备之间的区别.

工业自动化还越来越多地要求工业以太网解决方案必须满足鲁棒性和可靠性方面的专门需要.在这一方面,德国赫斯曼公司(Hirschmann)一直处于领先位置,他们从80年代末就开始研究冗余以太网,拥有“环形以太网冗余”的专利(Europe-EP 0403763,USA-No。5。218。600).该专利采用抗干扰的光纤和集成的冗余机制增强了数据网络的可靠性,从而保证了生产过程的正常进行.

过去,由于没有其他可供选择的方案,冗余网络都是采用双总线方式实现的.现在,以太网和交换技术使得建立冗余环网成为可能.只需在总线的两端之间增加一条链路即可实现高效率、高性价比的冗余.赫斯曼公司的集线器和交换机均可以构成环形拓扑结构用在关键的场合,以保证所需的容错功能.    

赫斯曼公司的集线器(Hub)系统可以用于构造网格状结构的共享网络,保证即使同时发生多处故障时,网络仍然正常运行.该Hub的一个特点是当发生故障时可以在20ms内切换到冗余链路.    

赫斯曼公司的导轨系列交换机的冗余管理器功能允许将总线结构封闭形成冗余环.如果一条链路发生故障,环形结构将切换为具有全部传输能力的总线结构,对于多达50台交换机构成的环,这一切换时间小于500ms.对于规模小的冗余环,这一时间会更短.    

本篇文章原创出处:http://www.5156chinese.cn/benkelunwen/287464.html

嵌入到导轨系列交换机中的智能控制功能允许实现多网段间的冗余连接.两个网段之间可以通过两条独立的链路相连,每条链路连接不同的交换机.连接主链路的交换机与连接冗余链路的交换机之间通过一根控制线交换它们的工作状态数据.当主链路发生故障时,冗余交换机立即启动冗余链路.一旦主链路恢复正常,连接主链路的交换机即将这一状态通知连接冗余链路的交换机.主链路工作,冗余链路断开.整个故障的检测和处理时间小于500ms.这样,在某条链路或者某个设备发生故障持续500ms以后,网络又变得完全可用.

3 工业以太网技术提供了快捷有效的监控方式

随着以太网技术的飞速发展,基于TCP/IP和Client/Server架构的分布式监控技术已经日趋成熟.目前,许多HMI软件除了支持标准Client以外,还支持Web Client和Terminal Server Client.可以实现同步运行监控软件和PLC编程软件,从而实现远程控制并且能够修改程序参数、上下载PLC控制程序.下面介绍一下工业以太网技术在济南卷烟厂辅料自动仓库控制系统中的应用实例.

仓库控制系统(WCS)是仓库实现信息化的基础,它实现了对各种设备系统接口的集成,对各设备系统进行统一调度、管理,协调各个输送设备段完成仓库的出入库任务需求,并通过实时收集设备层反馈,做到对设备的实时监控及对任务执行状况的实时跟踪;WCS在调度时奉行均衡负载、最短路径、优先级任务、堵塞就近等原则,并对出入库任务组合实行优化,实现最佳的出入库双循环作业,另外还有专门的流程加强系统安全性,降低系统对部分设备的安全依赖,这些安全流程有输送线缓冲临界检测、设备故障任务转移流程等;为了方便用户的操作,WCS提供了一个仿真的界面,界面上能形象地反映各设备的实时状态及执行任务情况,用户可以根据自身权限进行直观地操作,另外WCS还提供了用户操作权限分组管理、操作日志、任务执行记录及设备故障记录及报警等功能.

自动化立体仓库调度及监控系统由监控计算机(COMU PC)、与网络服务器的网络接口及与堆垛机控制设备PLC等通讯接口组成,实现对立体仓库中自动化设备的自动运行调度及监视控制,使堆垛机控制系统、输送机系统等能够根据系统的入/出库作业要求高效、准确地工作,实现货物的自动存储及发送.调度系统根据网络服务器传送的作业命令,合理调度堆垛机的作业顺序,使堆垛机快速、高效运行.在其他系统发生故障(例如网络故障)时,或在调试及维护设备时可接收人工输入的作业命令,对控制层设备进行控制.

3。1 作业运行调度

3。1。1 接收WMS(仓库管理机)搬运任务 WCS(仓库调度机)提供接口,可以接收从WMS下达的搬运任务,记录任务相关信息,并实时反馈任务执行状况给WMS.

3。1。2 集成各输送设备段 输送设备段包括输送机子系统、堆垛机子系统、激光导引小车(LGV)子系统、分拣机器人子系统等,WCS通过各种通讯方式与这些子系统连接,进行信息的交互,由此实现对各个子系统模块的集成,进而做到分解WMS下达的任务,协调各个子系统完成出入库任务.

3。1。3 任务优化 WCS通过特定的算法对WMS下达的多个任务进行优化,该算法实现了均衡任务、最短路径、出入库任务组合优化、优先级调度、堵塞就近等原则.

3。1。4 物流路径管理 WCS对各物流路径进行了管理,实现了路径货物流的不相互干预,段切离等功能,并且为了提高系统的安全性与容错性,WCS有特定的安全容错算法,如路径任务转移、路径任务临界监测等,当某些特定设备出现灾难性故障下,系统可将任务转移到其它正常的设备,进而提高系统的安全性及稳定性.

3。2 通讯管理

通过TCP/IP协议与WMS管理系统通讯;通过Profinet与输送系统进行通讯;通过TCP/IP协议与AGV(激光导引小车)系统进行数据交换;通过多种通讯方式与堆垛机系统完成数据的采集、传送及控制命令的传送等.

3。3 监控功能

WCS实时地检测设备状况,对任务进行追踪,并将这些信息反映到WCS的仿真图形界面上,界面直观地显示了设备的状态、物流位置、运行参数、故障报警,任务执行情况等,并且用户可以方便地在界面上进行相应的操作.

4 工控技术的“IT”化将重建企业网络模型 

工业

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以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构.工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层.需要注意的是,由于企业的3层网络传输的数据类型和对实时性的要求不同,所以虽然从上到下都是工业以太网,但在不同层次之间还需设置路由器或网桥.使用路由器可以阻断以太网上的广播信息,但如果所选择的路由器速度太慢,则会形成传输的瓶颈.

以太网本质上只是一个物理层标准.目前在传输层和网络层的协议基本上已经统一,TCP/IP已为多数工业控制器厂家所接受.在应用层的协议上还存在着分歧,目前3个主要的竞争对手是Modbus/TCP(基于TCP/IP的Modbus协议)、EtherNet/IP(基于TCP/IP的Control-Net/DeviceNet)和基于以太网的Profinet协议.Modbus由于它本身是一个开放的协议,为众多的供应商所支持,所以如果说在现场以太网方面存在事实上的标准,只能是Modbus.但从市场和利益角度考虑,工业以太网在应用层的统一还需要比较长的时间.由于以太网本身的开放性,它允许在同一个网络上运行不同的应用层协议,在许多实际应用中具有明显的、无可替代的优势.

采用以太网架构以后,控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制,可以位于现场,也可以位于 控制室.目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强,在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器,从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值.采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为“透明工厂”.

此外,通过Internet可以实现对工业生产过程的实时远程监控,将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来,使生产不只是面向定单的生产,而是直接面向机会和市场的“电子制造”,从而使企业能够适应经济全球化的要求.

5 结语

毫无疑问,以太网在工业自动化网络方面扮演着一个非常重要的角色.根据对现代制造业的最新研究结果,以太网至少可以适用于70%的现场网络,这意味着工业以太网有着非常广泛的前景.随着在工业领域的进一步应用,以太网不仅会对企业内部的通信系统产生巨大的改进,保护既有的投资,还将对企业的管理和运营方式产生深远的影响.

[ 参考文献 ]

1、工业以太网在城北水厂自动控制系统中的应用 邓刚 南京水务集团有限公司城北水厂 简要介绍了工业以太网技术以及罗克韦尔公司网络组态软件。对目前改造后的城北水厂自动化控制系统网络进行了描述,通过比较,对网络结构、性能等方

2、以太网技术在域城网中的应用 以太网对企业而言并不陌生,而正在兴起的城域以太网,则作为网络行业的一个增长领域,代表了向企业和住宅客户提供数据服务方式的主要变化。这不仅是技术变化,而且还是运营方式和业务模型的变化,这些变化将

3、三层以太网交换机在广电内网的应用【关键词】 局域网 二层交换机 三层交换机 路由器一.三层交换机产生的背景随着Internet的发展,网络技术也日新月异。以太网交换技术从二层交换逐渐发展到较成熟的三层交换,将来会发展到高层交换。

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