双重冗余工业以太网技术在DCS系统中的应用

一、工业以太网冗余技术概述
        由于恶劣的工业环境，使得工业控制网络比商用网络提出了更高的可靠性要求，导致工业以太网的冗余技术应运而生。工业自动化中的以太网冗余技术包括：电源冗余、介质冗余、网络节点冗余等内容。
        控制系统的基本冗余要求就是通信网络每一部分在出现电源故障后都能够连接到后备电源上，一旦停电，后备电源就开始接替供电，并且通过E-mail或者继电器输出向管理人员发送电源故障警报。介质冗余可以在部分网络网络节点处构成一条备用路径，这就是TSC所倡导的工业以太网环网技术。
        网络节点冗余是使与设备连接的交换机构建双网络节点，2个网络节点都必须连接到双引导的控制器上。当灾难发生的时候，为保证系统正常运行，控制器确保与终端连接，2个以太网界面均应连接到2个冗余交换机上，并选择较稳定的一条作为主路径。网络冗余即架构一个所有设备都有冗余功能的网络。一个完全的冗余系统包含：冗余交换机、冗余通信端口和一对冗余设备。所有的以太网设备和工作站都必须要连接到2个独立的网络环路中去。完全系统冗余可以形成一个数据流失最少、具备快速冗余时间的可靠网络。
二、双重冗余工业以太网在DCS中的实现
        为构建10M／100M自适应双重冗余工业现场以太通讯网络，必须选择匹配的网络类型并进行合理的冗余配置。
        首先，选择工业以太网类型必须考虑与已有的控制平台匹配及各类网络的特点。由于控制平台所采用的系列PLC具有基于Modbus／TCP协议的工业以太网通讯模块，同时Modbus／TCP工业以太网由于具有简单、高效的特点，并且在考虑初始投资和充分利用现有资源上有明显优势。因此，系统中采用基于Modbus／TCP协议的10M／100M自适应工业以太网。
        其次，为保证通讯网络的可靠性，根据现场的实际情况对控制网络设备要进行合理的冗余。①电源可靠性：为保证网络设备的电源能正常，因此所有的交换机的电源均采由UPS供电。②设备冗余：在每个配置2台TSC Carat5508系列交换机，同时每台交换机均采用冗余电源配置，在每一台PLC上设置两块通讯以太网卡，在每一台监控计算机中均配置2块以太网卡。③通信介质冗余：采用工业冗余环网协议使得每个设备间的通讯均存在冗余通路。通过上述冗余技术最终实现了基于Modbus／TCP协议的双重冗余星型10M／100M自适应工业以太网。系统的结构图如图1所示。
        从图1可以看出，通讯系统的可靠性通过冗余技术得以保证，若系统其中一个通讯通道中设备出现任何的故障，可以迅速切换至另一个通讯通道通过冗余设备进行通信。
三、结束语
使用卓越信通解决方案的优势
1. 最优的工业冗余环网协议“Supreme-Ring”
2. 单点或非同一主机所连的多点网络故障不会影响系统正常运行
4. 在潮湿、高温环境中能够长期可靠工作
5. 优化的管理方式
6. 良好的可扩展性和可维护性
        近几年工业以太网技术有了长足进步，采用环型连接代替星型、总线型、使用以太网交换技术、全双工通讯技术及虚拟局域网技术等措施，使得以太网通信的实时性及确定性得以保证；从物理层及协议等方面完善以太网络，达到了工业要求的高可靠性；总之，随着工业以太网技术的成熟和统一，工业以太网技术应用将会越来越广泛为自动化技术的实现提供更为强大的可靠的保证，将在国家“以信息化带动工业化”的进程中发挥越来越重要作用。