1.引言

    隨著制造業(yè)領(lǐng)域競爭的加劇，各大廠商紛紛引入CIMS、ERP等管理系統(tǒng)，試圖提高企業(yè)的管理水平，對原料采購、產(chǎn)品制造、銷售、服務(wù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、科學(xué)化的管理，從而提高企業(yè)的競爭力。隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，目前就諸多信息管理系統(tǒng)本身而言都比較成熟和完善。但是，為何ERP系統(tǒng)實施的成功率較低，總結(jié)其原因主要歸結(jié)為企業(yè)的基礎(chǔ)管理比較薄弱，對各種基本數(shù)據(jù)的采集與溝通存在壁壘，尤其在傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)中，由于采用了諸多不同種類的控制和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，使得其控制信息的集成變得困難，不能滿足管理層對信息數(shù)據(jù)的采集要求。

    可見，為了推進(jìn)企業(yè)的信息化進(jìn)程，首先就需要解決控制信息的集成問題，讓工廠自動化與信息自動化。辦公自動化齊頭并進(jìn)，營造全方位的自動化企業(yè)。本文正是基于這一點，以NetLinx架構(gòu)為例，闡述其在企業(yè)控制信息集成中的應(yīng)用。

    2.NetLinx架構(gòu)的基本特征

    隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和眾多現(xiàn)場總線產(chǎn)品的普及，在企業(yè)的控制系統(tǒng)中需要將所有設(shè)備。儀表的信息集成在一起，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)備層�？刂茖优c信息層的數(shù)據(jù)交換與共享NetLinx架構(gòu)這一概念由羅克韋爾自動化所提出，其目的是要建立一個能夠包含上述三個層面的無縫數(shù)據(jù)集成開放架構(gòu)，NetLinx一詞即為Net(網(wǎng)絡(luò)）和Linx(開放式連接）的組合。

    2.1 架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

    在NetLinx架構(gòu)中，根據(jù)不同設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)的不同要求，可以直接采用的通訊網(wǎng)絡(luò)有DeviceNet設(shè)備網(wǎng)、ControINet控制網(wǎng)和EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)。為了實現(xiàn)信息在網(wǎng)絡(luò)間的無縫路由和集成，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層中采用了統(tǒng)一的協(xié)議，即控制和信息協(xié)議（CIP）通過該協(xié)議，使得在NetLinx架構(gòu)中的信息服務(wù)無物理介質(zhì)無關(guān)，如圖1所示。

    NetLinx與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式相比，具有突出的優(yōu)點，對于時間有苛刻要求的數(shù)據(jù)，如遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)，采用“控制”協(xié)議進(jìn)行傳輸，可以按照嚴(yán)格的時間間隔要求獲取采樣數(shù)據(jù)，并可以通過生產(chǎn)者/消費者通訊模式有效地提高網(wǎng)絡(luò)使用效率%對于沒有苛刻時間要求的數(shù)據(jù)，如在設(shè)備組態(tài)、診斷應(yīng)用中則采用“信息”協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可以完成其他基于CIP協(xié)議的數(shù)據(jù)路由。

圖1 CIP協(xié)議模型

    2.2 以ControlLogix為核心的NetLinx架構(gòu)

    ControlLogix系統(tǒng)是羅克韋爾自動化控制產(chǎn)品中功能最為強大的一個系列，它將順序控制、過程控制和運動控制結(jié)合在一起，形成了一個混合型的控制平臺，因而已經(jīng)超出了傳統(tǒng)意義上的可編程邏輯控制器。由于其才采用了ControlLogix無源背板總線，它的框架背板就相當(dāng)于一個高速網(wǎng)絡(luò)，連接不同網(wǎng)絡(luò)的通訊模塊在這個框架上有了共同的信息通道，這時即便沒有處理器的參與，ControlLogix系統(tǒng)也能作為一個網(wǎng)橋，完成不同網(wǎng)絡(luò)間的信息路由和共享，而且不用編程，從根本上提高了數(shù)據(jù)采集的效率。

    3.NetLinx架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)模式

    NetLinx架構(gòu)最為顯著的特點就是采用三層網(wǎng)絡(luò)滿足不同設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)功能的要求。如圖2所示即為NetLinx架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)模式。可見ControlLogix系統(tǒng)為NetLinx架構(gòu)的中樞，DeviceNet、ControlNet、EtherNet構(gòu)成的三層網(wǎng)絡(luò)是它的神經(jīng)。

圖2 NetLinx架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)模型

    3.1 基于DeviceNet的設(shè)備層

    DeviceNet作為現(xiàn)場總線技術(shù)的開業(yè)開放標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)的簡單連接，由于它采用公開的技術(shù)規(guī)范和常規(guī)的CAN線芯片器件，使得基于DeviceNet的設(shè)備成本較低。DeviceNet有兩種報文形式，I/O報文用于傳輸實時數(shù)據(jù)；顯性報文則適合不同設(shè)備之間點對點傳輸配置和故障診斷信息。DeviceNet作為NetLinx的一部分,其數(shù)據(jù)能夠在整個DeviceNet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行無縫路由。例如，以太網(wǎng)上的計算機無需其他編程就可以經(jīng)由以太網(wǎng)絡(luò)訪問DeviceNet對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)和監(jiān)控。這極大地方便了上位機對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。

    3.2 基于ControlNet的控制層

    作為IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，ControlNet能夠提供強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，在控制器與現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、人機界面之間建立起了一個穩(wěn)定、可靠的高速通信鏈路。對于ControlNet的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)存取，是通過時間限制存取算法來控制，即“并行時域多路存取”（Concurrent Timed Domain Multiple Access 編寫為CTDMA)方法來控制各個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)刷新時間(NUT)內(nèi)傳送信息的機會，用戶可對網(wǎng)絡(luò)刷新時間進(jìn)行調(diào)節(jié),最小可達(dá)2ms。

    在ControlNet上的設(shè)備主要有ControlLogix控制器、Flex柔性I/O變頻器、人機界面等設(shè)備，這些設(shè)備共同的特點就是要求傳送的數(shù)據(jù)量比較大，可靠性高，對時間有苛刻要求，因此ControlNet網(wǎng)絡(luò)的成本也較DeviceNet高。

    3.3 基于以太網(wǎng)的信息層

    以太網(wǎng)作為商用通訊系統(tǒng)中最為常見的通訊形式有著極好的硬件、軟件平臺支持。絕大多數(shù)商務(wù)系統(tǒng)都可以運行于以太網(wǎng)上，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本也低于DeviceNet和ControlNet因此在控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，以太網(wǎng)也有自身的缺陷，由于其采用CSMA/CD介質(zhì)存取方式，不可避免的會出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲，因而不能直接用于傳輸對時間有苛刻要求的數(shù)據(jù)，但是對于諸如編程、設(shè)備組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)控等應(yīng)用來說，完全可以滿足要求。由于計算機接入以太網(wǎng)只需要廉價的網(wǎng)卡即可，因而在NetLinx架構(gòu)中，計算機通過以太網(wǎng)對其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問的接入成本是最低的。

    4.NetLinx架構(gòu)的數(shù)據(jù)接口

    在NetLinx架構(gòu)的數(shù)據(jù)接口具有多樣性，通過RSLinx通訊軟件同時實現(xiàn)了硬件驅(qū)動和軟件接口兩個種功能。通過RSLinx計算機能夠與任何NetLinx網(wǎng)路中的設(shè)備建立連接，并將為應(yīng)用軟件提供豐富的數(shù)據(jù)接口，如羅克韋爾自身軟件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口以及OPC、DDE等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。通過入RSLinx，當(dāng)硬件設(shè)備升級的時候只需要在RSLinx中加載新的驅(qū)動程序。而不需對上層軟件進(jìn)行升級。

    NetLinx架構(gòu)內(nèi)不僅包括硬件設(shè)備，同時它還包括相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。RSSql軟件便是控制系統(tǒng)與企業(yè)數(shù)據(jù)庫相互連接的橋梁。其結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 RSSql數(shù)據(jù)處理軟件模型

    控制區(qū)的數(shù)據(jù)來源可以是基于羅克韋爾軟件平臺的RSSql驅(qū)動程序RSView人機界面監(jiān)控系統(tǒng)。也可以采用OPC、DDE方式獲取第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)。企業(yè)數(shù)據(jù)區(qū)主要是微軟SQL數(shù)據(jù)庫、Oracle數(shù)據(jù)庫、RSSql數(shù)據(jù)源等信息系統(tǒng)ODBC在其中起的作用就是按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)交換策略實現(xiàn)兩個區(qū)域數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。同時還提供了數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)壓縮的功能。從而使用戶不再需要編制復(fù)雜的程序就能實現(xiàn)高效率、高可靠性的數(shù)據(jù)集成。

    5.基于NetLinx架構(gòu)的數(shù)據(jù)分析平臺

    企業(yè)控制信息集成的目的在于對這些來自于生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，配合其CIMS、ERP系統(tǒng)，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)RSBizware是基于NetLinx架構(gòu)的商務(wù)分析軟件包，其中Historian模塊提供對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的集中分析和提煉。提供各種報表，用于生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)控和比較；Plant Metrics 模塊通過監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備，計算和統(tǒng)計設(shè)備的利用效率值，為設(shè)備維護、安排生產(chǎn)任務(wù)提供了依據(jù)Compliance Tranck標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)用于在企業(yè)內(nèi)按照ISO9000等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。并為審計提供數(shù)據(jù)依據(jù)；Scheduler生產(chǎn)計劃模塊可用于安排生產(chǎn)，跟蹤訂單處理進(jìn)度；Arena仿真系統(tǒng)模塊可用于仿真各種因素對生產(chǎn)過程的影響。對生產(chǎn)流程進(jìn)行改進(jìn)，從而提高生產(chǎn)效率。

    6.結(jié)論

    企業(yè)控制信息的集成工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。所涉及的方面包括現(xiàn)場設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)、傳輸協(xié)議、信息處理平臺�？刂菩畔⒓�成的實質(zhì)就是要實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的共享，建立一套自下而上的傳輸平臺’基于這一點，NetLinx架構(gòu)中的硬件和軟件。充分利用了其協(xié)議的透明性、開放性以及與第三方產(chǎn)品的互操作性。實現(xiàn)了控制數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)的無縫集成。為企業(yè)有效地推動CIMS、ERP等管理系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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