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一、工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)概述
由于惡劣的工業(yè)環(huán)境，使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)比商用網(wǎng)絡(luò)提出了更高的可靠性要求，導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)的冗余技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)自動(dòng)化中的以太網(wǎng)冗余技術(shù)包括：電源冗余、介質(zhì)冗余、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)冗余等內(nèi)容。
控制系統(tǒng)的基本冗余要求就是通信網(wǎng)絡(luò)每一部分在出現(xiàn)電源故障后都能夠連接到后備電源上，一旦停電，后備電源就開(kāi)始接替供電，并且通過(guò)E—mail或者繼電器輸出向管理人員發(fā)送電源故障警報(bào)。介質(zhì)冗余可以在部分網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處構(gòu)成一條備用路徑，這就是TSC所倡導(dǎo)的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)冗余是使與設(shè)備連接的交換機(jī)構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都必須連接到雙引導(dǎo)的控制器上。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，控制器確保與終端連接，2個(gè)以太網(wǎng)界面均應(yīng)連接到2個(gè)冗余交換機(jī)上，并選擇較穩(wěn)定的一條作為主路徑。網(wǎng)絡(luò)冗余即架構(gòu)一個(gè)所有設(shè)備都有冗余功能的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)完全的冗余系統(tǒng)包含：冗余交換機(jī)、冗余通信端口和一對(duì)冗余設(shè)備。所有的以太網(wǎng)設(shè)備和工作站都必須要連接到2個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路中去。完全系統(tǒng)冗余可以形成一個(gè)數(shù)據(jù)流失最少、具備快速冗余時(shí)間的可靠網(wǎng)絡(luò)。
二、雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)在DCS中的實(shí)現(xiàn)
為構(gòu)建10M／100M自適應(yīng)雙重冗余工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以太通訊網(wǎng)絡(luò)，必須選擇匹配的網(wǎng)絡(luò)類型并進(jìn)行合理的冗余配置。
首先，選擇工業(yè)以太網(wǎng)類型必須考慮與已有的控制平臺(tái)匹配及各類網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。由于控制平臺(tái)所采用的系列PLC具有基于Modbus／TCP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，同時(shí)Modbus／TCP工業(yè)以太網(wǎng)由于具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，并且在考慮初始投資和充分利用現(xiàn)有資源上有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，系統(tǒng)中采用基于Modbus／TCP協(xié)議的10M／100M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。
其次，為保證通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要進(jìn)行合理的冗余。①電源可靠性：為保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電源能正常，因此所有的交換機(jī)的電源均采由UPS供電。②設(shè)備冗余：在每個(gè)配置2臺(tái)TSC Carat5508系列交換機(jī)，同時(shí)每臺(tái)交換機(jī)均采用冗余電源配置，在每一臺(tái)PLC上設(shè)置兩塊通訊以太網(wǎng)卡，在每一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)中均配置2塊以太網(wǎng)卡。③通信介質(zhì)冗余：采用工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議使得每個(gè)設(shè)備間的通訊均存在冗余通路。通過(guò)上述冗余技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)了基于Modbus／TCP協(xié)議的雙重冗余星型10M／100M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
從圖1可以看出，通訊系統(tǒng)的可靠性通過(guò)冗余技術(shù)得以保證，若系統(tǒng)其中一個(gè)通訊通道中設(shè)備出現(xiàn)任何的故障，可以迅速切換至另一個(gè)通訊通道通過(guò)冗余設(shè)備進(jìn)行通信。
三、結(jié)束語(yǔ)
使用卓越信通解決方案的優(yōu)勢(shì)
1. 最優(yōu)的工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議“Supreme-Ring”
2. 單點(diǎn)或非同一主機(jī)所連的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行
4. 在潮濕、高溫環(huán)境中能夠長(zhǎng)期可靠工作
5. 優(yōu)化的管理方式
6. 良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性
近幾年工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，采用環(huán)型連接代替星型、總線型、使用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通訊技術(shù)及虛擬局域網(wǎng)技術(shù)等措施，使得以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性及確定性得以保證；從物理層及協(xié)議等方面完善以太網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到了工業(yè)要求的高可靠性；總之，隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的成熟和統(tǒng)一，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛為自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供更為強(qiáng)大的可靠的保證，將在國(guó)家“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”的進(jìn)程中發(fā)揮越來(lái)越重要作用。