工业控制网络体系结构的现状及趋势

工业控制网络体系结构的现状及趋势 摘 要随着当前信息化技术的不断发展，工业控制网络体系架构从传统的DCS体系、FCS体系逐步发展为基于Ethernet的嵌入式互联体系，实现了企业的管控一体、高度集成、资源有效共享。伴随着智能化、数字化技术的发展，作者对工业控制网络体系的结构及现状进行了阐述分析，并尝试给出下一步发展的方向和趋势，拟为企业的两化深度融合提出一些思路和建议。 关键词工业控制 网络体系结构 现状与趋势 中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0336-01 1 工业控制网络体系的基本结构与现状 一般来讲，工业控制的网络体系结构大致分为直接控制层、生产执行层、过程管理层、经营管理层四个结构，该网络体系结构的设计理念是基于车间执行者能够随时掌握各项设备的运转状态和信息，生产管理者能够直接掌握企业生产的全过程信息，决策层能够通过生产及经营信息进行有效决策，从而达到优化生产经营模式、提高产品质量、降低成本和能耗、提升整体经营效益的目的。 1.1 DCS架构体系 DCS架构体系又成为分布式架构体系，其主要特点是利用管理站、控制站以及信号变换设备等组成一个集散的控制体系，该系统从传统的某台计算器控制单个设备转变为多台计算机、智能设备等互联组成了一个局域网。DCS架构体系的基本理念是通过多工业控制多个过程及设备的分区和细化，以控制站直接控制所有现场设备，并以信号变换器为媒介，实现多个控制站之间进行通信和交流，并利用管理站实现各个区域之间的分步与协同。 DCS架构体系的主要特点有以下几个方面：一是，整个体系架构是典型的局域网结构，内部数据通信是整个链接的纽带，它更为注重整个体系的安全、可靠、普适和实用；二是，各个通信协议尽管参考当时的标准进行建立，但仍缺少一定的开放性和通用性，难以实现完全兼容和互通；三是，以各种现场关键设备为核心相对形成了各自的区域，其分散的程度较高。随着协议标准及网络技术的不断发展，该架构体系的开放程度越来越高，少许企业仍然采用该架构体系进行生产和管理，但其缺少全面控制能力的特质，决定了该架构体系的持续应用受到了阻碍。 1.2 FCS架构体系 FCS架构体系又称为现场总线体系，该体系的主要特点是利用特定的通信协议、端口将现场的智能化设备与工业的自动化控制系统相连。这种数字化的通信方式替代了DCS体系的普通信号，实现了彻底且一定程度集中的控制结构。FCS架构体系分成三个层次，底层为低速现场总线互联组成的基本控制网络，中间层为高速总线将各个功能连接，实现相关过程控制及管理功能，上层为管理支撑层，通过该层提供对外接口及相关生产信息上报，实现用户对整个生产过程的交互。 FCS架构体系的重要优势之一就是实现了现场控制，其架构思想类似于普通计算机的总线结构，由一个管理站对所有现场设备进行统一控制，减少了中间过程节点和故障点，提高了工业网络整体结构的互联互通能力、可操作能力以及可靠度和灵活度。然而，由于各个厂商所应用的总线技术标准不同，相关的通信协议很难做到互相兼容，因此，FCS架构难以实现整个生产自动化过程的开放和互联。 2 工业控制网络体系的发展趋势 随着近年来互联网技术的不断普及和提高，TCP/IP协议已经成为当前广泛应用的通信标准，这也对工业控制网络体系的发展产生了影响。当前，将FCS系统与互联网或者局域网通过TCP/IP协议进行互联，已经成为工业控制网络体系发展的一个重要过程。同时，随着嵌入式技术的出现和发展，基于Ethernet的工业控制网络体系已经成为发展的新趋势。 基于Ethernet的工业控制网络体系具备以下几个特点：一是，Ethernet是整个网络架构体系的枢纽，是智能化设备、生产控制、管理决策等多个方面互联的传输神经，是扁平化结构得以实现的重要手段；二是，通信协议及标准的一致性有效的避免了DCS和FCS架构体系难以兼容或者开放程度低等各种问题；三是，通过嵌入式技术将各个控制和生产设备进行连接，实现了相关访问权限的控制与各种状态信息的收集、监控和预警。同时，充分支持远程访问和操作也是该体系结构得以快速普及的重要方面。 综上所述，工业控制网络体系发展的总体方向是面向开放、高度集成、扁平高效、性能卓越、统一管理，同时，随着信息化的不断发展，工业控制网络在支撑信息化与自动化的深度融合方面也在不断完善和提升。因此，结合自身的实际情况，在保证整体安全、可靠的情况下，以两化的深度融合为切入点，全面提升工业控制网络架构体系的支撑能力，适时进行工业控制网络的改造和完善，是数字