雙冗余工業以太網技術在DCS系統中的應用

一、工業以太網冗余技術概述
由于惡劣的工業環境，使得工業控制網絡比商用網絡提出了更高的可靠性要求，導致工業以太網的冗余技術應運而生。工業自動化中的以太網冗余技術包括：電源冗余、介質冗余、網絡節點冗余等內容。
控制系統的基本冗余要求就是通信網絡每一部分在出現電源故障后都能夠連接到后備電源上，一旦停電，后備電源就開始接替供電，并且通過E—mail或者繼電器輸出向管理人員發送電源故障警報。介質冗余可以在部分網絡網絡節點處構成一條備用路徑，這就是TSC所倡導的工業以太網環網技術。
網絡節點冗余是使與設備連接的交換機構建雙網絡節點，2個網絡節點都必須連接到雙引導的控制器上。當災難發生的時候，為保證系統正常運行，控制器確保與終端連接，2個以太網界面均應連接到2個冗余交換機上，并選擇較穩定的一條作為主路徑。網絡冗余即架構一個所有設備都有冗余功能的網絡。一個完全的冗余系統包含：冗余交換機、冗余通信端口和一對冗余設備。所有的以太網設備和工作站都必須要連接到2個獨立的網絡環路中去。完全系統冗余可以形成一個數據流失最少、具備快速冗余時間的可靠網絡。
二、雙重冗余工業以太網在DCS中的實現
為構建10M／100M自適應雙重冗余工業現場以太通訊網絡，必須選擇匹配的網絡類型并進行合理的冗余配置。
首先，選擇工業以太網類型必須考慮與已有的控制平臺匹配及各類網絡的特點。由于控制平臺所采用的系列PLC具有基于Modbus／TCP協議的工業以太網通訊模塊，同時Modbus／TCP工業以太網由于具有簡單、高效的特點，并且在考慮初始投資和充分利用現有資源上有明顯優勢。因此，系統中采用基于Modbus／TCP協議的10M／100M自適應工業以太網。
其次，為保證通訊網絡的可靠性，根據現場的實際情況對控制網絡設備要進行合理的冗余。①電源可靠性：為保證網絡設備的電源能正常，因此所有的交換機的電源均采由UPS供電。②設備冗余：在每個配置2臺TSC Carat5508系列交換機，同時每臺交換機均采用冗余電源配置，在每一臺PLC上設置兩塊通訊以太網卡，在每一臺監控計算機中均配置2塊以太網卡。③通信介質冗余：采用工業冗余環網協議使得每個設備間的通訊均存在冗余通路。通過上述冗余技術最終實現了基于Modbus／TCP協議的雙重冗余星型10M／100M自適應工業以太網。系統的結構圖如圖1所示。
從圖1可以看出，通訊系統的可靠性通過冗余技術得以保證，若系統其中一個通訊通道中設備出現任何的故障，可以迅速切換至另一個通訊通道通過冗余設備進行通信。
三、結束語
使用卓越信通解決方案的優勢
1. 最優的工業冗余環網協議“Supreme-Ring”
2. 單點或非同一主機所連的多點網絡故障不會影響系統正常運行
4. 在潮濕、高溫環境中能夠長期可靠工作
5. 優化的管理方式
6. 良好的可擴展性和可維護性
近幾年工業以太網技術有了長足進步，采用環型連接代替星型、總線型、使用以太網交換技術、全雙工通訊技術及虛擬局域網技術等措施，使得以太網通信的實時性及確定性得以保證；從物理層及協議等方面完善以太網絡，達到了工業要求的高可靠性；總之，隨著工業以太網技術的成熟和統一，工業以太網技術應用將會越來越廣泛為自動化技術的實現提供更為強大的可靠的保證，將在國家“以信息化帶動工業化”的進程中發揮越來越重要作用。