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(jì)算機(jī)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(shí)施的成功率較低,總結(jié)其原因主要?dú)w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(dòng)化與信息自動(dòng)化。辦公自動(dòng)化齊頭并進(jìn),營造全方位的自動(dòng)化企業(yè)。本文正是基于這一點(diǎn),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(shí)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(dòng)化所提出,其目的是要建立一個(gè)能夠包含上述三個(gè)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(shí)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(diǎn),對于時(shí)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(shí)間間隔要求獲取采樣數(shù)據(jù),并可以通過生產(chǎn)者/消費(fèi)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(shí)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(dòng)化控制產(chǎn)品中功能最為強(qiáng)大的一個(gè)系列,它將順序控制、過程控制和運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合在一起,形成了一個(gè)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(gè)高速網(wǎng)絡(luò),連接不同網(wǎng)絡(luò)的通訊模塊在這個(gè)框架上有了共同的信息通道,這時(shí)即便沒有處理器的參與,ControlLogix系統(tǒng)也能作為一個(gè)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(diǎn)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(shí)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(bào)文形式,I/O報(bào)文用于傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);顯性報(bào)文則適合不同設(shè)備之間點(diǎn)對點(diǎn)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(gè)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(jì)算機(jī)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(jī)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(qiáng)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(jī)界面之間建立起了一個(gè)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(shí)間限制存取算法來控制,即“并行時(shí)域多路存取”(Concurrent Timed Domain Multiple Access 編寫為CTDMA)方法來控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間(NUT)內(nèi)傳送信息的機(jī)會(huì),用戶可對網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)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(jī)界面等設(shè)備,這些設(shè)備共同的特點(diǎn)就是要求傳送的數(shù)據(jù)量比較大,可靠性高,對時(shí)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(yùn)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(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲,因而不能直接用于傳輸對時(shí)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(jì)算機(jī)接入以太網(wǎng)只需要廉價(jià)的網(wǎng)卡即可,因而在NetLinx架構(gòu)中,計(jì)算機(jī)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(shí)實(shí)現(xiàn)了硬件驅(qū)動(dòng)和軟件接口兩個(gè)種功能。通過RSLinx計(jì)算機(jī)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(shí)候只需要在RSLinx中加載新的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(dòng)程序RSView人機(jī)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。同時(shí)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(shí)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(bào)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(jì)算和統(tǒng)計(jì)設(shè)備的利用效率值,為設(shè)備維護(hù)、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(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù);Scheduler生產(chǎn)計(jì)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(xiàng)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。控制信息集成的實(shí)質(zhì)就是要實(shí)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(diǎn),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(shí)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(dòng)CIMS、ERP等管理系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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本文標(biāo)題:基于NetLinx架構(gòu)的企業(yè)控制信息集成
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