今天小编为大家推荐《工业以太网技术发展分析论文(精选3篇)》，供需要的小伙伴们查阅，希望能够帮助到大家。【摘要】本文提出了节能减排新炉型的发展、锅炉系统运行能效的在线显示，及检测技术、积极应用成熟技术等几个方面，希望能够对于节能减排影响下今后的工业锅炉控制技术发展起到一定帮助。
工业以太网技术发展分析论文 篇1：
PLC网络通讯系统的研究与应用
【摘 要】以太网和通信技术的飞速发展，工业以太网技术也有了长足的进步，它已经渐渐的融入到PLC系统的各个通讯领域中。本文对PLC网络通讯系统进行了分析。介绍了以太网技术引入到PLC控制系统后所带来的优点。研究探讨工业以太网从冗余系统到以太环网的发展历程。并介绍了本公司的所使用的PLC以太环网。
【关键词】PLC 以太网 冗余 环形网
1、前言
好多年前工业自动化应用主要关注的是控制技术，工程师们主要依靠电力继电器来发展自动化应用。然而，经济的增长要求那些关心控制技术发展的工程师增加对大规模产品和质量的更高程度的关心。作为被关注的这个变化中的一部分，开发出了不可编程的逻辑控制器。但是自动化工程师们很快发现，这些设备的不可编程特性，给设计真正的自动化系统带来了难处。因为这个，就发明了PLC，PLC被设计为独立进行操作，但是它同时还提供了一个控制端口，来与计算机进行连接和配置。从PLC的历史可以看出，自动化的发展更关注的是控制技术，而不是通讯技术。
2、通讯网络的引入
在最近的十几年中，各种PLC系统的规模越来越大，为了更好的使用这些PLC自动化系统从而应用了不同的通讯技术，比如Fieldbus，Ethernet和Profibus。工程师们开始考虑将所有的设备连接到一个平台下的方案，这样就可以直接从所有的设备收集信息，而不需要协议之间的转换。从这个道理来看，通讯和网络成为未来自动化发展的最重要的部分。将设备网络化带来了众多的好处，它增加了数据分析，性价比，提高了通讯的质量，大幅度的增加了生产力。时下的网络中Ethernet是目前最为流行的网络技术，其在PLC网络通讯系统中的应用也非常广泛。
3、工业以太网的众多优点
首先，很多的工程师对以太网都比较熟悉，这样他们就不需要花费额外的时间来学习新技术。其次，以太网的协同工作能力可以方便的与商业应用进行连接，如ERP和CIM，可以跨越距离通过广域网来进行远程控制。再次，利用不同的媒介，比如无线，光纤，交换机，可以实现以太网的冗余应用。最后，以太网的带宽未来将可以从10M达到10G。有了上面这些好处，控制工程师将会乐意采用以太网技术来进行他们的自动化应用，通过以太网来连接他们的PLC。在自动化技术中采用以太网技术的趋势被称作“工业以太网”。
4、典型的工业以太网
典型应用以太网的拓扑网络是星形拓扑：
图1
从图1我们可以看到，PLC直接与工业以太网交换机相连接。交换机提供了可靠的控制网络，特别是他们的坚固的设计，无风扇特性和高MTBF来确保连续的操作。
此外，如果需要更加可靠的媒介连接，我们可以建立双星形网络拓扑来实现媒介的冗余，如图2所示：
这种双星形冗余网络提高了整个系统的安全性，减少了各个PLC之间的通讯故障率。
5、带冗余的以太环网
尽管在双星形冗余网络系统有了媒介冗余，特别是使用了光纤之后，费用将会更多。为了解决这个两难的局面，环形拓扑就出现了。如图3所示为单环PLC以太网：
图3
单环拓扑为系统提供了冗余，并且隔离了通讯的错误。在使用工业以太网交换机时，以太冗余环网将自动的修复连接。这种类型的基础构架性价比更高，但是却与双星形拓扑网络有着同样效果的媒介冗余。此外，它的恢复时间少于1秒，这为网络的稳定性提供了保障。
6、最高级别的冗余系统
图4
图4中我们为PLC应用建立一个最高级别可靠性的冗余系统，即双环冗余PLC系统。在工业以太网应用中，最重要的是网络的可靠性。控制工程师们可以通过双环网上的RJ45端口来将设备连接到两个独立的环上，从而建立个双环网实现最高级别的冗余，来同时提供服务器的冗余，媒介的冗余和设备的冗余。
7、PLC冗余系统在我公司的应用
我公司是高速线材的生产企业，采用了西门子的S7-400加S7-300远程的PLC。其中有最主要的三个400型PLC负责主要数据运算，每个400型PLC借助Prifibus-DP网连接到远程300型PLC。三个400型PLC通过单环冗余系统连接，借助交换机和服务器组成稳定的网络拓扑。三个PLC每天24小时不停的进行数据交换和程序控制，由于冗余和环形网的存在，很好的保证了系统的稳定性。系统从投入运行后故障率很低，大大的保证了我公司的生产作业率。
作者：焦英伟
工业以太网技术发展分析论文 篇2：
节能减排下工业锅炉控制技术问题思考
【摘要】本文提出了节能减排新炉型的发展、锅炉系统运行能效的在线显示，及检测技术、积极应用成熟技术等几个方面，希望能够对于节能减排影响下今后的工业锅炉控制技术发展起到一定帮助。
【关键词】工业锅炉；节能减排；控制技术
1、引言
目前，建设资源节约型、环境友好型社会是我国的发展要求，节能减排在工业生产中的地位日益明显，对于工业锅炉的控制系统来说，相关的法规政策也正在发生重大变化，本文主要针对节能减排影响下工业锅炉的控制技术进行相关分析，提出如何进行工业锅炉的有效控制，来有效实现节能减排的目的。
2、节能减排背景下的工业锅炉控制问题分析
第一，节能控制重要作用并没有充分发挥。部分司炉人员对于提高锅炉运行效率并没有很高的技术能力和一定的责任心，应该摆脱这种单纯仅仅依赖设备的想法，这样才有可能充分发挥锅炉的运行效率。
第二，在线检测工业锅炉运行能效的相关功能比较缺乏，要想对于锅炉制造质量、设计、以及燃料与锅炉的匹配关系进行清晰地掌握，就应该准确和客观地了解锅炉的实际运行效率，所以，线检测工业锅炉的功能能够有效促进用户单位提高节能减排管理水平。
第三，低配低质低价的情况容易在价格的竞争中出现。价格竞争策略在相当多的厂家中应用，这样就不可避免造成了低配低质低价倾向出现在工业锅炉控制装置中，使得工业锅炉节能减排控制技术发展存在一定障碍。
第四，多年来依然没有在核心控制技术有所突破。对于锅炉的燃烧方式来说，比如相关的循环流化床、沸腾、层燃、水煤浆、煤粉等，都没有形成鲁棒性强、非常成熟可靠的技术解决方案[1]。
第五，控制系统用户使用界面较为复杂。考虑到部分管理人员以及锅炉用户的司炉的文化程度不高，相关的自动控制方面知识较为匮乏，为了符合司炉人员操作的习惯，应该尽量要求使用操作简单的控制装置。
第六，锅炉运行的控制系统在节能设计上，存在一定不足。控制锅炉向用户提供符合要求的热能，这点是大多数锅炉的设计目的，在保障锅炉安全运行的基础上，并不太重视燃料消耗量是否节约的问题。
3、节能减排与工业锅炉控制技术的发展思考
3.1节能减排新炉型的发展
当前，节能环保的新炉型在较多的工业锅炉行业中推出，工业锅炉控制系统行业发展趋势下，控制系统厂商着重于新型锅炉的开发特点和要求，并设计出新型高效的控制设备。比如相关的高效率的炉型包括冷凝炉、煤粉炉、循环流化床锅炉等；新燃料的炉型有高炉煤气炉、垃圾焚烧炉、生物质锅炉等，还包括相关的余热锅炉等炉型，上述锅炉在控制方面都有各自的特点和不同的技术要求。
3.2锅炉系统运行能效的在线显示及检测技术
在工业锅炉及其控制系统中，要想比较好地进行相关的控制系统节能减排技术的开发和利用，就应该做好锅炉系统运行能效的在线显示以及检测功能。对于以微处理器或工业控制计算机为核心的锅炉控制系统来说，在技术方面，关于效能的计算和记录问题不成问题。在合理有效进行工业锅炉的能效在线测量、计算和显示的功能下，相关的虚报效率显现能够得到制约，有利于锅炉技术的健康发展。
3.3积极应用成熟技术
第一，变频器技术。目前，变频器在工業锅炉行业应用越来越普及。通过使用变频器得以实现节约电能。相比于电动调节阀、风门挡板等节流设备，变频器的节点率一般能够达到40%左右，则是根据需要而使用的电能。
这里对于对蒸汽锅炉的给水系统进行变频改造分析。基于系统运行现状，本着既能节能降耗，又能控制简便、安全且投资较少的原则，我们设计了1套1台变频器拖动3台电机的方案。在本方案中，充分利用了锅炉层有的DCS控制系统，同时增加了变频器、可编程序控制器（PLC）和控制信号转换装置。此方案由于存在阀门的调节，所以理论上不能最大限度地节能降耗，但实际应用中，由于减小了给水母管与蒸汽压力之间的压力差，使电动阀门的开度由原来的平均10%左右开大到75%左右，系统回水阀门关闭，仍大大节约了能源。且本方案充分考虑了系统运行的安全性，一旦变频器故障，系统可立即自动由变频运行状态切换至原有工频运行状态，完全恢复改造前的运行状态，保证锅炉正常运行。变频故障解除后，仍可方便地手动切换为变频状态，使变频器方便地投入运行，且不影响锅炉的运行。
第二，模糊控制技术。模糊数学基本思想是模糊控制的精髓，主要通过人类思维的模仿，进行系统的整个分析、判断、推理、决策过程，对于难以精确描述对象，控制过于复杂的情况特别适用。比如，模糊控制器要比传统的PID调节器的功能强大得多。
第三，网络技术。信息的传递和获取在网络下变得十分方便且迅速，具有较低廉的成本。信息数据的高效传递和获取是工业锅炉的节能减排控制技术的基础，下面则是具体网络技术应用几个方面。（1）要想实现锅炉各控制节点的信息实时共享，就可以通过现场总线技术。通讯接口在各种锅炉控制装置中都具备，比较普及使用的现场总线技术有PROFIBUS、MODBUS、RS485等，传感器采集到的过程参量能够在现象总线的作用下，在工业锅炉的各个控制节点之间进行有效共享，还包括相关的工作状态、执行器和控制器位置等信息，这样无疑能够使得信息利用率有效地提高。（2）以太网络接口则是以工业控制计算机为核心的锅炉控制系统的常用配置，工厂自动化网络（intranet）能够借助以太网，实现锅炉房的信息化连接。（3）通过互联网络，锅炉的实际运行工况可以被锅炉制造厂商直接观察，有利于为锅炉的节能运行提供必要的技术保障。
第四，在系统综合节能技术方面。相比于锅炉效率，热能系统运行效率的提高则具有更为广阔的意义，结合笔者经验，相关的节能技术模块安装在节能控制系统中，主要有以下几种：（1）气候补偿节能模块，自动参考室外温度变化情况，根据司炉人员的运行经验，补偿控制锅炉出水温度。这种做法一方面符合司炉和锅炉管理人员的习惯，一方面又能够发挥自动设备的准确可靠的特点。（2）锅炉运行节能模块，锅炉的频繁启停现象能有效减少，这是通过控制燃油燃气锅炉的启停周期，使得锅炉燃料消耗能够有效节约。（3）按需供热节能模块，在不同用途的建筑物中，一个热能系统的供热对象也有不同的用途，不同温度的采暖热水则可以通过相关的三通电动调节阀实现，这样就能节约大量热能。
4、结语
我国环境大发展趋势就是要求发展绿色经济和节能减排，应该在相关的国家法律法规要求下，大力发展工业锅炉节能减排控制技术，使得锅炉设计效率与实际运行效率的差异缩小，更加符合我国节能减排的生产要求。
作者：杨家栋
工业以太网技术发展分析论文 篇3：
CAN总线与以太网系统异构互联应用前景分析
摘要：本文从CAN总线以及以太网的特征和优势出发，分析了工业控制网络的发展趋势以及遇到的瓶颈。并且讨论了通过异构网络混合组网的应对方案。论述了CAN总线与以太网系统的异构网络互联的应用前景。进而得出结论，这种混合网络的组网方式是工业控制网络发展进程中的过渡形态，也是必然趋势，是一种值得工控领域广泛关注的组网方式。
关键词：CAN总线；以太网；控制网络；远程控制，
1、CAN总线特点
1986年，CAN总线由德国Bosch公司在SAE上正式提出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通讯，其总线规范现已被国际标准化组织(ISO)制定为国际标准。由于得到Intel，Philip，Siemens，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域。CAN总线仅仅包括了ISO／OSI参考模型的1，2层(即物理层和数据链路层)，针对这种情况，人们为CAN总线定义了诸如CANopen等开放的、标准的高层协议(属于第7层，应用层)，这种协议为CAN网络提供了标准的、统一的系统新模式，促进了CAN总线的使用。和其他总线相比，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
CAN总线是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通讯，而不分主从。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通讯数据块进行编码并采用非破坏总线仲裁技术，避免出现网络瘫痪情况。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上的其它节点不受影响。
CAN总线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设备测控单元互联。因此倍受工业界的重视，并已公认为是最有前途的现场总线。[1][2]
2、以太网特点
以太网是一种分组交换局域网技术，最早由施乐(Xerox)公司开发，用来在网络中传输数据。它定义了一组标准，比如数据传输速率、网络访问机制和在任一给定的时间段内网络能传输的最大数据量等。[3]以太网系统由硬件和软件两大部分组成，二者共同实现以太网系统各计算机之间传输信息和共享信息。以太网的构成必需具备四个基本要素：
(1)以太网帧(frame)，它是一系列标准化的数据位，用来在系统中传输数据。
(2)介质访问控制协议(media access control protocol)，它由一整套內嵌于各个以太网接口的规则组成，它允许多个计算机以公平的方式访问共享的以太网信道。
(3)信号部件(signaling component)，它们是一些标准化的电子设备，用来在以太网信道中发送和接收信号。
(4)物理介质(physical medium)，由电缆和其他用来在联网的计算机之间传输数字式以太网信号的硬件部件组成。[4]
以太网已经成为最普及的联网技术：从局域网到城域网、广域网，从企业网到电信网，以太网都坚定地进行着渗透。[5]
3、工业数据通讯网络发展趋势
20世纪90年代以来，由于计算机技术、网络通信技术以及自动控制技术的发展，促进了企业网络体系结构的一种扁平化发展趋势，即要求企业减少中间层次，使上层管理与底层控制的信息直接联系。这种控制网络直接与信息网络集成的企业网络结构一般包括信息管理层、调度控制层和现场设备层。现场设备层的主要功能包括现场设备的标准化、规范化、数字化以及现场设备的接入与互连；调度控制层要提供一个功能强大的控制主干网，允许各类现场总线与其互连，还可实现高层次调度与自动控制功能，如协调控制、优化控制等；信息管理层的主要功能包括综合信息管理、计划和决策。
工业以太网技术展示出来“一网到底”的工业控制信息化美景，即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，所以仍然被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案，工业以太网现在已成为现场总线中很有前景的前沿技术。然而尽管工业以太网是从商用以太网技术发展而来的，继承了以太网的优良血统，同时继承下来的还有以太网的一些问题。以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA /CD) ,无法保证数据传输的实时性要求,是一种非确定性的网络系统。在安全可靠性问题上，以太网采用超时重发机制,单点的故障容易扩散，造成整个网络系统的瘫痪。
我们不难看到，在短期内实现“一网到底”还是不现实的，针对这些问题，目前比较好的解决方案就是现场总线控制系统的系统集成。这项技术适用于底层网络之间的信息交互，同时也可以将底层网络与决策层的以太网或局域网进行连接，以实现现场监控数据的及时上传和上层控制命令以及稀缺信息资源的及时下放[6]。尤其是现场总线与以太网的互联，是一个非常有前景的发展方向。这样可以构建从决策层直达工业现场的信息通路。可以在原有独立的网络上进行接口设计，实现系统集成。这对于底层监控数据的上传，和控制信息的实时下放大助益，方便了决策人员的远程控制，以及稀缺资源的共享。
4、CAN总线以太网异构网络互联的意义
CAN总线在工业控制领域中占有重要的地位，并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、仪表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单，工作可靠，传输速率高等特点，目前以它作为企业的上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN为底层控制网络，由以太网组成上层管理网络的局面。
基于CAN总线的分布式控制系统在稳定性高、传输速度快、多主结构等方面具有明显的优越性。但要充分发挥它的组网控制功能，打破地域界限，实现远程控制，就必须借助于现在被广泛应用的以太网技术。CAN总线构成的测控网络与以太网构成的管理信息网络相融合，在测控底层发挥现场总线作为专用控制网络的优势，又在信息管理层又发挥以太网的优势，满足社会各界对工业控制网络的需求。实现互联以后，不仅可以直接在操作室采集现场的测控数据、对现场的设备进行实时的控制，还可以通过互联网进行远程控制和设备维护。基于嵌入式Linux，可以开发出高性价比的以太网与CAN现场总线网间的嵌入式网关，实现工业现场与以太网互联。
嵌入式网关在以太网应用层构建和解析完整的CAN协议数据包。CAN协议数据包作为TCP/IP网络应用层的数据进行传输,它对通信数据的具体实际意义不做任何解释。称之为透明式网关。网关由主控芯片、CAN总线控制器和以太网控制器三部分组成。其中主控芯片实现了CAN控制网络与以太网之间的协议转换。以太网信息管理层的控制指令发送到嵌入式透明网关,将TCP/IP协议包数据转换为CAN协议形式，发送至CAN控制网络中的指定设备节点,完成信息管理层对现场设备层的控制。同样地,当CAN网络上的设备数据(如定时采样数据或报警信息)要传输到信息管理层时,可将数据发送到嵌入式透明网关,再通过网关协议转换程序将CAN协议数据封装成TCP/IP协议的以太网数据帧发送至以太网上的监控计算机。
经过上述过程，实现了工业现场的底层控制信号与管理层的信息网络互联互通，以及远程控制。此结构可以适用于工矿现场，数控机床，智能楼宇等多种领域，体现了工业控制网络的发展趋势，具有极高的理论价值及现实意义。
参考文献：
[1]宋祖顺．现代通信原理[M]．北京：电子工业出版社，2001．2
[2]史久根，张培仁，陈真勇．CAN现场总线系统设计技术[M]．北京：国防工业出版社，2004．10
[3]Charles E．Spurgeon著，张健译．以太网技术入门与实现[M]．北京：机械工业出版社，1998．8
[4]Ramadas Shanmugam等著，李剑译．TCP／IP详解(第2版)[M]．北京：电子工业出版社，2003．8
[5]DOUGLAS E著，林瑶译．用TCPI／IP进行网际互连(第一卷)[M]．北京：电子工业出版社，1998．4
[6] 刘频,陈立.工业以太网技术在变电站自动化系统中的应用[J].电力系统保护与控制2008.
作者：彭 博