嵌入式工业以太网的应用研究

　　1 引言

　　随着网络技术的发展，工业以太网成为了各国工控界的一个研究热点领域。国内开展这项研究较早的浙江大学，中科院沈阳自动化所，浙大中控等单位在国家“863”课题的支持下，起草了“用于工业测量和控制系统的EPA系统结构和通信标准”，并力图在化工领域建成几个示范性应用项目。广东工业大学联合中南大学，中科院自动化所开展了嵌入式工业以太网的研究，并进行了“基于uClinux嵌入式系统的工业以太网控制器开发”，致力于发挥嵌入式系统在工控领域的优势。

　　2 应用背景

　　压力、温度、水位和流量是化工、污水处理以及钢铁等行业中最常用的控制系统，为了研究在各种行业、不同工艺流程下的通用网络控制系统，所以本文中将不强调工艺流程。而应用试验的对象也将使用中南大学率先研发的仿工业现场的被控对象，本文将对最常用的压力、温度、水位和流量四个控制系统进行全面仿真工业现场的试验。

　　3 嵌入式工业以太网系统结构

　　将企业现场网络分为控制层和设备层。针对现场对网络可靠性参数的严格要求，在控制层网络改进传统以太网拓扑结构。采用环形网络拓扑，可以增加网络的可靠性。

　　而解决网络的实时性问题则采用了控制区域（Control Domain）概念，将控制现场分区，减少各个控制区资源竞争的情况。而控制区域之间的是通过以太网交换机（交换式）来通信。

　　改进后的网络结构如图1所示。控制层网络由100M以太网构成组成环形网络。

　　每个控制区域（Control Domain）包含以太网交换机和嵌入式的工业以太网控制器，以及一些变送器和执行机构。如图2所示。

　　而位于控制区域中的工业以太网控制器采用嵌入式系统来设计。