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摘 要：随着工业控制系统的不断发展，对系统综合性能也提出更高的要求。而系统性能的提高关键在于有相关控制技术引入其中，需保证在通信技术、自动化控制技术以及冗余技术的方面都不断强化。但如何将这些技术具体应用于工业控制中，仍是当前工业控制系统设计中需考虑的主要问题。本文将对通信技术在西门子工业控制网络中的体现、OPC接口技术在工业控制设备中的应用、自动化控制系统的引入以及冗余技术在控制系统中的应用进行探析。
关键词：工业控制系统；通信技术；OPC接口技术；冗余技术
前言：作为当前大多工业企业中应用的通信网络，西门子工业控制网络融入较多先进的技术内容，如现场总线技术、接口技术、扩展技术、通信技术、冗余技术以及诊断技术等，具有明显的集成化、网络化与智能化特征。为使工業控制网络优势充分发挥出来，应保证工业控制网络技术的应用效果达到最佳。因此，本文对控制网络技术的应用研究，具有十分重要的意义。
一、通信技术在西门子工业控制网络中的体现
在整个工业控制网络中，为满足通信要求，可应用的技术集中表现在PROFIBUS通信、MPI通信等为主。首先以MPI通信技术的应用为例，其在工业控制中，对于现场级通信为小范围情况较为适用，其实现的通信方式集中表现在组态连接、无组态连接、全局数据包通信等为主。如在全局数据包通信方面，其一般对S7-400、S7-300等PLC通信可起到明显效果，且应用过程中无需进行通信程序的编写，应用效果极易实现，但需注意其也存在一定弊端，如其中的的CPU在通信区在范围上较小。而在无组态连接方面，其可细化为双边编程、单边编程两种方式，其中的单边编程实现中，要求在一方完成PLC编程过程，并对另外PLC进行访问，而双边编程则调用双方PLC。另外，在组态连接方式下，其与无组态连接相比，在接收与发送数据包中，在数量上较大，但该通信技术实现时应做好连接表的构建，CPU通信资源被大量占用。相比之下，在工业控制网络中，通信技术的选用可以无组态连接、全局数据包为主。
为满足工业控制网络通信要求，一般也可考虑将PROFIBUS现场总线引入其中，这种方式在优势上集中表现为可扩展性较好、整体结构较为简单、信息集成能力较强。而在此基础上提出的PROFIBUS-DP的组态DX通信方式，其可使数据在从站间进行交换，可不必考虑将通信程序在主站中进行编写。DX通信实现中，通常要求引入相应的软件，利用其对CPU情况进行判断。同时，这种现场总线标准下，也可引入FDL通信方式，其通信过程中能够保证高等级传输较为安全，且仅需保证PROFIBUS处理器与FDL通信相吻合，便可使FDL通信实现。
此外，西门子工业控制网络中，也将PROFInet引入，其应用的基础以Ethernet为主，并吸收PROFIBUS总线技术优势。该通信技术应用下，会对总线段、设备都都作为其组件，这样使前期投资得以保证的基础上，数据共享也可实现，有利于满足系统自动化设计要求。虽然该通信技术在安全性、实时性等方面仍存在一定问题，但在不断完善中都会得以解决[1]。
二、OPC接口技术在工业控制设备中的应用
工业控制中，在通信技术应用的基础上，还需在OPC接口技术方面不断完善，其可为各应用程序提供标准接口，这样数据在控制设备中将会可靠传输。将该接口技术应用于控制设备中，其集中表现在HMI、S7-200与S7-300等系统中。但需注意，为使其作用得到充分发挥，要求在系统监控程序、PLC控制程序以及被控对象程序编写等方面保持合理。整个技术应用的优势集中表现为能够使成本得到节约，加上有监控程序被编写其中，所以透明度也较高。同时，OPC接口技术应用下，也可满足通信速率要求，可使PLC数据交换过程快速实现。因此，在工业控制设备中，可考虑将OPC接口技术引入其中[2]。
三、自动化控制系统的引入
在SIMATIC当中，通过对计算机自动化的运用，核心部件选取为Win AC，在计算机当中集成通信网络、人机界面、数据处理、控制器的部分，对于计算机的易扩展、内存容量、处理速度等优势，能够进行更好的发挥。此外，其集成度、开放性等特点十分明显，因而能够对成本进行降低。在基于计算机的自动化当中，在计算机中完成快速项目组态，能够简单化复杂的通信接口，相比于PLC/PC上下位机的解决方案，其价格优势更为明显。计算机的存储能力、性能等不断提升，因此生产率也能够得到提高。在紧凑解决方案中，对控制相和人机界面进行集成，使安装空间得到了极大的节省。
由于对分布式自动化解决方案进行应用，因而更加容易简单。通过集成办公环境和生产环境，使得通信负荷、连线等都得到了极大的降低。随着结合计算机自动化的快速发展，基于计算机同一平台，能够对自动化任务进行更为良好的实现，例如运动控制、人机界面、闭环控制等。如果一个应用中同时具有PLC任务和PC任务，则基于计算机的自动化能够发挥出更好的作用。不过，在传统硬PLC当中，对于85%到90%的控制任务，能够进行更好的满足。因此虽然基于计算机的自动化方案得到极大发展，其市场占有率也并不会大幅下降[3]。
四、冗余技术在控制系统中的应用
在控制系统当中，为了对系统可靠性进行有效的提升，可对冗余技术进行应用，能够取得十分良好的效果。在可靠性中，包括了在规定的时间、条件下，元器件、设备、系统等对固定的功能加以完成，或是在特定的时间和条件下，对功能完成的概率。冗余指的是多余的资源，在系统当中，如果某一部分发生故障，容易部分可以对故障部分进行替代，从而确保能够顺利的完成既定功能和任务。冗余资源主要包括重复时间、冗余信息、冗余软件、冗余硬件等。冗余系统是由冗余资源构成的系统，而荣誉资源的管理技术，就称之为冗余技术。
例如，在软冗余系统的构建当中，需要应用下载适配器、变成计算机、接口模块、从站电源、通信链路、中央处理器、软冗余软件包、编程软件等。在软冗余系统当中，能够实现接口模块冗余、现场总线冗余、中央处理器冗余、背板总线冗余、主机架电源冗余等。如果系统中某个模块发生故障，控制任务会将任务切换到备用系统中。在系统正常运行的情况下，也能够通过手动切换的方式，对主备系统进行更换。冗余技术通过对外加资源的利用，能够极大的提高控制系统的可靠性。冗余技术虽然能够提升自动控制系统的可靠性，但是对于冗余范围和冗余度，应进行控制，对成本、有效性、实用性等方面的因素，应进行综合性的考虑，从而使冗余系统能够具有更好的性价比，使实际应用需求得到满足[4]。
结论：工业控制网络技术的应用是保证西门子工业控制设备性能发挥的关键所在。实际应用这些技术中，应保证在通信技术方面进行合理选择，利用OPC接口技术使设备间的数据交换得以实现，同时考虑将自动化控制系统应用其中，并融入融于技术，可满足系统自动化要求，对于提升工业控制设备整体性能，将发挥至关重要的作用。
参考文献：
[1]袁荫. 工业控制网络OPC技术和异构系统集成的研究[D].安徽工程大学，2012.
[2]田海，崔桂梅，王晓红，薛艳春. 西门子PLC控制网络的配置策略与应用[J]. 电气传动，2010，01：76-80.
[3]王明生. 基于PROFIBUS-DP协议现场总线的自动分拣控制系统的研究[D].太原理工大学，2011.
[4]黄昱泽. 基于TCP/IP协议的工业控制网络远程数据通信网关的研究与实现[D].昆明理工大学，2013.
关键词：工业控制系统；通信技术；OPC接口技术；冗余技术
前言：作为当前大多工业企业中应用的通信网络，西门子工业控制网络融入较多先进的技术内容，如现场总线技术、接口技术、扩展技术、通信技术、冗余技术以及诊断技术等，具有明显的集成化、网络化与智能化特征。为使工業控制网络优势充分发挥出来，应保证工业控制网络技术的应用效果达到最佳。因此，本文对控制网络技术的应用研究，具有十分重要的意义。
一、通信技术在西门子工业控制网络中的体现
在整个工业控制网络中，为满足通信要求，可应用的技术集中表现在PROFIBUS通信、MPI通信等为主。首先以MPI通信技术的应用为例，其在工业控制中，对于现场级通信为小范围情况较为适用，其实现的通信方式集中表现在组态连接、无组态连接、全局数据包通信等为主。如在全局数据包通信方面，其一般对S7-400、S7-300等PLC通信可起到明显效果，且应用过程中无需进行通信程序的编写，应用效果极易实现，但需注意其也存在一定弊端，如其中的的CPU在通信区在范围上较小。而在无组态连接方面，其可细化为双边编程、单边编程两种方式，其中的单边编程实现中，要求在一方完成PLC编程过程，并对另外PLC进行访问，而双边编程则调用双方PLC。另外，在组态连接方式下，其与无组态连接相比，在接收与发送数据包中，在数量上较大，但该通信技术实现时应做好连接表的构建，CPU通信资源被大量占用。相比之下，在工业控制网络中，通信技术的选用可以无组态连接、全局数据包为主。
为满足工业控制网络通信要求，一般也可考虑将PROFIBUS现场总线引入其中，这种方式在优势上集中表现为可扩展性较好、整体结构较为简单、信息集成能力较强。而在此基础上提出的PROFIBUS-DP的组态DX通信方式，其可使数据在从站间进行交换，可不必考虑将通信程序在主站中进行编写。DX通信实现中，通常要求引入相应的软件，利用其对CPU情况进行判断。同时，这种现场总线标准下，也可引入FDL通信方式，其通信过程中能够保证高等级传输较为安全，且仅需保证PROFIBUS处理器与FDL通信相吻合，便可使FDL通信实现。
此外，西门子工业控制网络中，也将PROFInet引入，其应用的基础以Ethernet为主，并吸收PROFIBUS总线技术优势。该通信技术应用下，会对总线段、设备都都作为其组件，这样使前期投资得以保证的基础上，数据共享也可实现，有利于满足系统自动化设计要求。虽然该通信技术在安全性、实时性等方面仍存在一定问题，但在不断完善中都会得以解决[1]。
二、OPC接口技术在工业控制设备中的应用
工业控制中，在通信技术应用的基础上，还需在OPC接口技术方面不断完善，其可为各应用程序提供标准接口，这样数据在控制设备中将会可靠传输。将该接口技术应用于控制设备中，其集中表现在HMI、S7-200与S7-300等系统中。但需注意，为使其作用得到充分发挥，要求在系统监控程序、PLC控制程序以及被控对象程序编写等方面保持合理。整个技术应用的优势集中表现为能够使成本得到节约，加上有监控程序被编写其中，所以透明度也较高。同时，OPC接口技术应用下，也可满足通信速率要求，可使PLC数据交换过程快速实现。因此，在工业控制设备中，可考虑将OPC接口技术引入其中[2]。
三、自动化控制系统的引入
在SIMATIC当中，通过对计算机自动化的运用，核心部件选取为Win AC，在计算机当中集成通信网络、人机界面、数据处理、控制器的部分，对于计算机的易扩展、内存容量、处理速度等优势，能够进行更好的发挥。此外，其集成度、开放性等特点十分明显，因而能够对成本进行降低。在基于计算机的自动化当中，在计算机中完成快速项目组态，能够简单化复杂的通信接口，相比于PLC/PC上下位机的解决方案，其价格优势更为明显。计算机的存储能力、性能等不断提升，因此生产率也能够得到提高。在紧凑解决方案中，对控制相和人机界面进行集成，使安装空间得到了极大的节省。
由于对分布式自动化解决方案进行应用，因而更加容易简单。通过集成办公环境和生产环境，使得通信负荷、连线等都得到了极大的降低。随着结合计算机自动化的快速发展，基于计算机同一平台，能够对自动化任务进行更为良好的实现，例如运动控制、人机界面、闭环控制等。如果一个应用中同时具有PLC任务和PC任务，则基于计算机的自动化能够发挥出更好的作用。不过，在传统硬PLC当中，对于85%到90%的控制任务，能够进行更好的满足。因此虽然基于计算机的自动化方案得到极大发展，其市场占有率也并不会大幅下降[3]。
四、冗余技术在控制系统中的应用
在控制系统当中，为了对系统可靠性进行有效的提升，可对冗余技术进行应用，能够取得十分良好的效果。在可靠性中，包括了在规定的时间、条件下，元器件、设备、系统等对固定的功能加以完成，或是在特定的时间和条件下，对功能完成的概率。冗余指的是多余的资源，在系统当中，如果某一部分发生故障，容易部分可以对故障部分进行替代，从而确保能够顺利的完成既定功能和任务。冗余资源主要包括重复时间、冗余信息、冗余软件、冗余硬件等。冗余系统是由冗余资源构成的系统，而荣誉资源的管理技术，就称之为冗余技术。
例如，在软冗余系统的构建当中，需要应用下载适配器、变成计算机、接口模块、从站电源、通信链路、中央处理器、软冗余软件包、编程软件等。在软冗余系统当中，能够实现接口模块冗余、现场总线冗余、中央处理器冗余、背板总线冗余、主机架电源冗余等。如果系统中某个模块发生故障，控制任务会将任务切换到备用系统中。在系统正常运行的情况下，也能够通过手动切换的方式，对主备系统进行更换。冗余技术通过对外加资源的利用，能够极大的提高控制系统的可靠性。冗余技术虽然能够提升自动控制系统的可靠性，但是对于冗余范围和冗余度，应进行控制，对成本、有效性、实用性等方面的因素，应进行综合性的考虑，从而使冗余系统能够具有更好的性价比，使实际应用需求得到满足[4]。
结论：工业控制网络技术的应用是保证西门子工业控制设备性能发挥的关键所在。实际应用这些技术中，应保证在通信技术方面进行合理选择，利用OPC接口技术使设备间的数据交换得以实现，同时考虑将自动化控制系统应用其中，并融入融于技术，可满足系统自动化要求，对于提升工业控制设备整体性能，将发挥至关重要的作用。
参考文献：
[1]袁荫. 工业控制网络OPC技术和异构系统集成的研究[D].安徽工程大学，2012.
[2]田海，崔桂梅，王晓红，薛艳春. 西门子PLC控制网络的配置策略与应用[J]. 电气传动，2010，01：76-80.
[3]王明生. 基于PROFIBUS-DP协议现场总线的自动分拣控制系统的研究[D].太原理工大学，2011.
[4]黄昱泽. 基于TCP/IP协议的工业控制网络远程数据通信网关的研究与实现[D].昆明理工大学，2013.