自动化控制系统的新纪元 : 以太网取代现场总线 ---- 新一代控制系统: JetWeb ---- 德国Jetter AG 李新华 北京德宇技术服务有限责任公司 1 工业自动化技术发展的新需求: 工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的连接越来越高速化紧密化。更多的是系统细分成了独立的控制孤岛。对驱动器和用户接口的需求越来越多。而无论如何传统的可编程控制器PLC却不适合系统拓扑结构的分散化需求。 从传感器到主控制器，数据的传输必须经过不同的CPU和驱动软件，其结果是传输速度低，缺乏透明度，软件和维护费用高。 任何时候一个控制器与系统中任意其它的一个控制器进行数据通讯是不可能的。无论是单一的主从式还是令牌总线式结构系统，在这两种系统中，实时高速的数据传输不能达到，更不必谈及编程开发与维护了。 最困难的是组合的垂直与水平的数据通讯。例如: 控制器A从与控制器B相连的远程I/O获得数据，通常这对于实时通讯的控制几乎是不可能的。 对于若干个控制器的集成，通常没有一个广泛的逻辑上的实体单元。所有控制器孤岛独立的运行，而数据交换仅以一定的速度进行。 每个控制器管理一束独立的数据，全球的数据不存在。 上面的阐述说明传统经典的PLC和现场总线技术已不适合这种要求。即使是像工业PC, OPC和以太网技术，只要它们被镶嵌在传统的系统结构中，也只能是对系统的功能作些边缘性的提高。传统的PLC编程语言已不能适合现行的控制系统的要求，其结果是对软件需求的增长。 结论: 因此，为减轻繁重的编程工作和达到系统的简单化，需要对系统的结构作变革。 2 JETTER AG的新产品:JetWeb ---- JetWeb 是JETTER AG 为用户提供的从步进电机，伺服电机到 Process-PLC 及 从简单到复杂的基于 IPC 的人机接口的一整套自动化控制系统。它是融现场总线技术,100M以太网技术,CNC技术，多轴联动控制技术 ( 到8轴 ），PLC技术，可视化人机接口技术和全球化生产管理技术为一体的工业自动化控制系统。同时具 有广泛的兼容性，可兼容第三方自动化控制产品。它可广泛运用于半导体，汽车，机械制造线，机器人，机械手表制造，门窗加工，纺织包装和印刷等行业。从以太网到传感器，它是目前工控界唯一并且最先进 最超前的取代所有多层现场总线结构的总线结构，在国外被称作给工控界带来一场革命并开拓了一个新纪元的技术。若用户采用这种系统结构将受益无穷。凭借其最新产品:JetWeb,JETTER AG 这方面作的大胆尝试， 结果意义重大: 整个过程或系统被看作为一个逻辑单元，甚至是一个独立的控制器。 过程清晰的流程图编程语言，各层透明，编程方便。 由于类似INTERNET的网络结构，对数据的实时传输不需编程。不需考虑网络的各层概念，而只形成为一个层，去除了CPU的瓶颈效应。 对用户仅有一束数据和一个程序，所有数据在网络中仅需表达一次，网络扮演真正的服务器。 从传感器到Internet的通讯开放。 从传感器到管理层的直接通讯。 与IT 和 Office办公软件兼容。 与以太网技术100%兼容。 采用以太网技术 对Windows NT, TCP/IP和OPC公开。 可进行整个工厂的联网。 -------------------------------------------------------------------------------- 以太网 - 应用于工业自动化 分布时实时控制的前提及其确定性的概念是一种网络技术，其性能至少要高于现行的现场总线。这也就是为什么传统的PLC技术不能满足这一要求，现场总线技术不能提供相关的性能。在所有的网络技术中，以太网技术是至今最理想的选择，它能满足如下所有要求: 充分考虑今后的发展需要，具高传输速率，目前到100M/S 高传输安全性和可靠性 集线器技术的确定性 几乎不需考虑网络的拓扑结构 传输物理介质:双绞线，光纤，同轴电缆。 集线器的应用可不考虑网络的扩展。 建立一种标准。 与IT连接，"世界标准"的TCP/IP技术的应用。 在整个网络中的随机的网络存取技术。 低成本高性能面向未来的开发。 -------------------------------------------------------------------------------- 系统总线就是现场总线 ---- 网络就是控制器 在实际的产品中，我们不考虑传统的控制器。传统的控制器是由主CPU和子模块通过内部的系统总线连接在一起， 这在JetWeb中不再存在。在JetWeb中，以太网是控制器的一部分并作为连接智能控制模块的系统总线;内部和外部的数据通讯在此没有区别，网络就是控制器。 集线器技术被集成在每个控制器中，通过分配地址空间把内部通讯从外部通讯中分离开来。虽然如此，无论如何不需通过CPU的瓶颈完成模块之间的数据通讯。更重要的是，无论如何集线器技术及底层协议的集成，确保了以太网的确定性和兼容性，排除了通讯的碰撞问题。 以太网系统总线就是现场总线，可连接到每个独立的控制模块。 按逻辑推理分析，分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工作的网络。整个程序中的各个程序段也通过编译器被分布于各个独立的控制器中。也就是说每个控制模块处理整个程序中的一部分，这一程序的分布是通过编译器按照最合理的标准决定的，无论如何它不需要用户确定。 如若需要，那么程序本身能够影响其分布性。 -------------------------------------------------------------------------------- 图形化编程语言 ---- 流程图 最常用和清楚的过程示图就是流程图。这种图至今为止已被用作程序开发或文件处理。这一中间的步骤在JetWeb中已消失，程序的编制在流程图中直接完成，允许面向全厂的过程控制，不需通过一个程序完成转换。 程序编辑器允许将图符和字符混合输入，因此它具有这两种表达方式的优点。流程图本身能够具备很多理想的特性。在每个图符的末尾可有字符描述其特性。换句话说:通过双击鼠标每一个流程图块可展开为一个潜在的流程图，这种多层的编程方法确保了其清晰透明度。 在一工厂的控制系统中，多任务使得编程每一个独立的功能模块成为可能。JetWeb允许编程的任务和线程不受限制。在流程图被编译成中间代码后，编译器按性能的标准和网络中各个任务被执行的系统硬件平台的特性来分配个程序段。如若需要，那么程序本身能够影响其分布性。 -------------------------------------------------------------------------------- 面向目标 面向目标编程意味着一个功能目标只需在系统中被定义一次，这一目标便能在系统中所有各自的功能块中被应用。如果，例如:目标"servo axis"其功能和特性被定义，同时整个工厂控制系统包括12个伺服轴，仅其一定义能够满足，各自的定位于是由其名字而定。 全厂控制系统的模拟与维护 不仅是由一个程序描述整个系统成为可能，既由JetWeb模拟整个工厂，其结果是启动和调试工作的实质性的减少。程序的执行和调试可并行执行，因此在实际的硬件的执行上，启动程序基本上被减少。而且通过Internet和Modem在世界上任何地方对其监控也是JetWeb的一部分。 -------------------------------------------------------------------------------- 3 JetWeb的优点: JetWeb开拓了一个自动化控制的新时代，摒弃了现行控制系统的局限性，对用户JetWeb带来了如下切实的益处: 流程图式的编程语言极大的简化了编程工作。 无限的网络拓扑结构。 实时分布式的通讯与智能控制不需额外的编程工作。 不需额外的初始化与各种总线系统的安装。 机电一体化安装与调试工作大大减少，包括与Internet的连接。 高性能的全厂控制系统。 把一定的部分智能控制集成到一起的新选择。 4. 产品一览 随着JetWeb带给工控界的震动，第一代JetWeb产品已投入工业现场。有两种控制器家族: JetNode200 和 JetNode600, 一个Soft PLC, 远程I/O模块，用户接口，基于工业PC的集成于JetLab 的可视化软件包集成于 一个开发环境。他涵盖了整个工控的功能: 数字 I/O 模拟量 I/O 伺服轴 步进电机轴 数字控制器 用户接口 可视化软件 数据库的连接 4.1 迷你型以太网上的控制器 JetNode 200