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- 2022-08-30 发布
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《工业控制计算机》!""#年$%卷第$期$新一代工业控制计算机的产业化及应用前景刘鑫中国计算机行业协会+*,@4C+VQV,（$"""%"）+&(,-’.,’KHA/0/;F38回顾历史，中国工控机技术的发展经历了%"年代的第一代4*3FQQ*34杂志在当时就预测“)"年代是工业*+,的时代，全&’(总线工控机，)"年代的第二代*+,工控机，现在进入了第世界近E#R的工业计算机将使用*+,，并继续以每年!$R的速三代,-./012+,*总线工控机时期，而每个时期大约要持续$#度增长”。历史已经证明了这个论断的正确性。*+,在中国的发年左右的时间。&’(总线工控机解决了当时工控机的有无问题；展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从!"世纪%"年代末到*+,工控机解决了低成本和+,兼容性问题；,-./012+,*总线)"年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。第二阶段工控机解决的是可靠性和可维护性问题。作为新一代工控机技是从$))$年到$))E，台湾生产的价位适中的*+,工控机开始术，,-./012+,*总线工控机将不可阻挡地占据生产过程的自大量进入大陆市场，这在很大程度上加速了*+,市场的发展，动化层，*+,将逐渐由生产过程自动化层向管理信息化层移动，*+,的应用也从传统工业控制向数据通信、电信、电力等对可靠而&’(总线工控机必将退出历史舞台，这是技术发展的必然结性要求较高的行业延伸。第三阶段是从$))S年开始，大陆本土果。同时，新一代工控机技术也是下一代网络（343）技术设备的*+,厂商开始进入该市场，促使*+,的价格不断降低，也使的基础。因此，覆盖,-./012+,*总线、+5*总线以及678工控机的应用水平和应用行业发生极大变化，应用范围不断扩90:1;7’,6技术的新一代工控机技术具有巨大的市场潜力和大，*+,也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。目前，中广阔的应用前景。国*+,工控机的大小品牌约有$#个左右，主要有研华、凌华、!第一代工控机技术开创了低成本工业自动化技术的先河研祥、深圳艾雷斯和华北工控等。第一代工控机技术起源于!"世纪%"年代初期，盛行于%")"年代末期，*&6总线技术逐渐淘汰，+,*总线技术开始在年代末和)"年代初期，到)"年代末期逐渐淡出工控机市场，其*+,中占主导地位，使*+,工控机得以继续发展。但由于*+,工标志性产品是&’(总线工控机。&’(总线最早是由美国+<-=控机的结构和金手指连接器的限制，使其难以从根本上解决散>-?公司和@-A2;B公司作为工业标准而制定的%位工业*CD热和抗振动等恶劣环境适应性问题，*+,开始逐渐从高可靠性总线，随后发展成$E位总线，统称为&’(%"，后被国际标准化应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出，向组织吸收，成为*FFF)E$标准。国际上主要的&’(总线工控机管理信息化领域转移，取而代之的是以,-./012+,*总线工控制造商有+<-=>-?、GH:AIA2;.A、JH02;1K等，而国内企业主要机为核心的第三代工控机技术。值得一提的是，*+,工控机开创有北京康拓公司和北京工业大学等。&’(总线工控机是机笼式了一个崭新的+,=T0A;7时代，对工业自动化和信息化技术的安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本发展产生了深远的影响。低、+,兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需在第二代工控机技术里，还需要提及一个比较成功的技用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广术——+,C$"U总线技术。基于*&6总线的+,C$"U总线问世泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近!"万套，在中国工控机于$))!年，自层迭式结构，具有尺寸小、结构紧凑、功耗低、可靠\n8新一代工业控制计算机的产业化及应用前景性高等特点，主要应用于军事和医疗设备。!""#年$%&!’(扩要培养更多的掌握该技术的专业设计人才和推广应用人才。因展成$%&!’()$*+,，增加了$%-总线定义。$%&!’(总线工控机此，需要在科技部和国家有关部委相关政策的引导下，在中国计依靠自身的特点和不断地完善，还将继续在其传统优势领域占算机行业协会$-%9:&$;I;%的统一组织下，联合国内外从事有一席之地。%./1234$%-总线工控机技术研制和生产的企业，进一步加大!迅速发展和普及的第三代工控机技术国产化%./1234$%-总线工控机的研制和推广力度，扩大生产$%-总线技术的发展、市场的需求以及-$%工控机的局限规模，增加产品种类和数量，降低产品价格，提高产品的互操作性，促进了新技术的诞生。作为新一代主流工控机技术，%./0性，实现产业化，培养更多的人才，为%./1234$%-总线工控机1234$%-工控机标准于!""#年发布之初就倍受业界瞩目。相对的发展创造更有利的条件。于以往的567和-$%，它具有开放性、良好的散热性、高稳定性、从现在到8’8’年，是中华民族实现民族振兴的关键8’高可靠性及可热插拔等特点，非常适合于工业现场和信息产业年，是用信息化带动工业化、实现国民经济跨越式发展的8’年，基础设备的应用，被众多业内人士认为是继567和-$%之后的是工业自动化技术和信息产业技术快速发展的时期，也为新一第三代工控机的技术标准。采用模块化的%./1234$%-总线工代工控机技术的应用和发展提供了前所未有的良好发展机遇，控机技术开发产品，可以缩短开发时间、降低设计费用、降低维应用前景广阔。护费用、提升系统的整体性能。“%./1234$%-是$%-总线的电众所周知，目前国内每年投放市场的7%5系统数量大约在气和软件加上欧洲卡，它具有在不关闭系统的情况下的‘即插即!(’’套以上，并以每年!JK左右的速度增长。7%5中的现场控用’功能，该功能的实现对高可用系统和容错系统非常重要”，制器采用的还是第二代-$%工控机产品，需要用新一代工控机8’’(年度科技部科技型中小企业技术创新基金项目指南中的这替代升级。随着铁路五次提速，原来应用在车站计算机连锁系段话，概括出了%./1234$%-总线工控机的主要特点和重要性。统、行车调度监督系统以及铁路红外热轴探测系统上的数千套8’’!年，$-%9:8;!<将以太网包交换背板总线引入到第一代和第二代工控机已经不能满足要求，现在已经开始用新%./1234$%-总线标准中，为电信语音增值服务设备和基于以一代%./1234$%-总线和$B-总线工控机替代。由于电力紧缺太网的工业自动化系统提供了新的技术平台。8’’8年，$-%9:而正在加快建设的发电厂和电网系统，需要大量的新一代工控颁布了面向电信的新标准=>?2@3A>6%=，简称=6%=。=6%=机产品来实现电力系统综合自动化。正在迅速发展的智能交通比$-%9:8;!<有更大的规格和容量、更高的背板带宽、对板卡系统需要新一代工控机技术。纺织工业、制造业、食品加工、石油更严格的管理和控制能力、更高的供电能力以及更强的制冷能化工行业、车载信息系统等需要采用新一代工控机技术。海军舰力等。=6%=不是应用在电信上的第一个开放式平台，但它是第载测控设备、陆军车载武器控制系统和指挥系统、新型的飞行模一个由电信专家专为电信应用设计的电信平台，也主要是为了拟教练系统等需要高性能的新一代工控机。航空和航天器地面解决电信系统目前主要面临的系统带宽问题、高可用性问题、现测控设备、雷达识别跟踪系统和电子对抗系统需要新一代工控场升级问题、可伸缩性问题、可管理性问题以及可互操作问题，机技术。核电站的核聚变低杂波数据采集与控制系统、大专院校并最终降低成本。的虚拟仪器教学实验系统、汽车功能测试性能测试系统、防洪数仪器和仪表是工业自动化设备的重要组成部分。%./0字化大坝在线监测系统等需要新一代工控机技术。下一代的网1234$%-向仪器仪表领域的扩展总线就是$B-总线。$B-产生于络设备、电信核心和边缘设备、数据通信设备、计算机电话集成!""C年，主要是面向“虚拟仪器”市场而设计的，但已经不局限（%6-）系统和增值服务业务需要%./1234$%-、$-%9:8;!<及于测试和测量设备，正在迅速向其它工业控制自动化领域扩展，=6%=等新一代工控机技术，还有能想到的或没有想到的其它并与%./1234$%-总线互相补充和融合。$B-总线工控机不但应用领域。如果说我国工业自动化设备市场份额只有大约8’’具有DB-的高采样速率、高带宽和高分辨率等特点，而且具有开亿人民币的话，那么加上国防自动化和信息产业基础设备，那就放性、软件兼容性和低价格等优势。一般来说，EF$B-产品用于是上千亿的大市场正等待新一代工控机去拓展。构造便携式或小型化的=6G测试设备、数采系统、监控系统以#结束语及其它工业自动化系统。1操作站和2台R)[>S口!"#$的数据必须通过路由器转发，减少!"#$间的数据流量边缘交换机。R)[>QB,5CQ/-.GRQHD/.;’%&&%’口中心交就可以减轻路由器的工作负担，而且交换机传输数据比路由器换机是Q)#"机组基础自动化（"2）数据交换的核心，我们在配传输数据具有更短的延迟时间，从而提高网络性能。置交换机时，采用了!"#$技术，将%’口交换机按端口划分成%!"#$%在工程中的应用个!"#$，其中!"#$2包括端口2^E和2R^2S，!"#$%包括端鞍钢冷轧硅钢厂$[(2电工钢（硅钢）连续退火涂层机组口M^2%和2T^%’各2%个端口。!"#$2作为0")子网，网络地（$[(2Q#)"）是国内第一条全部由国内设计、制造及软件编程址为2’&(S&(&(X，子网掩码为%’位；!"#$%作为0)机（U>1操调试的Q#)"机组。该机组是由武汉钢铁设计研究总院总承包，作站）子网，网络地址为2T%(2ES(&(X，子网掩码为%’位。!"#$2进行工艺设计、非标设备设计和自动化系统设计及软件编程调连接0")控制器，!"#$%连接上位机（U>1服务器和操作站），试，该处理线采用了先进的自动化网络系统。同时还和过程计算机系统（"%）相连，接受"%机有关工艺的设定Q#)"机组基础自动化网络系统配置图，如图2所示。值。另有两台边缘交换机放在0")室的操作台上用于连接0")网段和0)机网段。工程师站，便携式编程器和网络打印机都与操作台上的0)机网段边缘交换机相连。U>1服务器配置了两块网卡，其中19/572&\2&&自适应以太网卡用来连接0)机网段，Q1K>K$Q)02E2R以太网卡用来连接0")网段。U>1服务器操作系统为VD98*HA%&&&Q5C65C版，并开启网络路由功能，通过网络设置，工程师站和便携式编程器都能与0")控制器通讯。Q#)"机组的自动化网络系统的双绞线均按3ESN的连接标准制作@4I’3接口。’个QMI’&&0")控制器通过)0’’RI21:模块采用双绞线连到R)[>中心交换机的0")网段；2个QMIR&&Z急停0")控制器通过)0R’RI2模块采用双绞线连到R)[>中心交换机的0")网段。工程师站、便携编程器和U0图2Q#)"机组基础自动化网络系统配置图网络打印机也都采用双绞线按3ESN的标准连到操作台上0)自动化网络系统硬件配置为：机网段的边缘交换机上。0")控制器与U>1Q5C65C之间采用中心交换机：R)[>QB,5CQ/-.GRQHD/.;’%&&%’口2台Q1>#:1)工业以太网1Q[协议通讯，U>1Q5C65C与U>1)7D59/边缘交换机：R)[>[OOD.5)*995/QHD/.;S口’台之间采用:)0\10协议通讯。0")室与两个操作室之间通过光缆光电转换器：$5/7D9G’个连接，再由光电转换器转换成铜缆与操作室的边缘交换机相连。以太网网卡：19/572&\2&&>自适应以太网卡0")控制器与0")控制器、传动装置、@1\[站通过Q1K>K$Q)02E2R以太网卡0@[Z1N_QF0现场总线连接。离0")室较远的@1\[站采用光缆：长飞][Z)?]XQI’4%光缆和[">模块连接。Q)#"机组所有1\[点分布在全线的’’双绞线：#!#]#Q]Q:1>#XQ)Q2&E2)系列)#:3K个@1\[站里，通过0@[Z1N_QIF0网与0")室的0")控制我们所选的R)*+QB,5CQ/-.GRQHD/.;’%&&系列交换器连接。故Q#)"机组的自动化控制系统全通过自动化网络系机是具有业界领先的交换技术固定配置的2&\2&&>局域网交统连接起来，其网络的可靠性决定了整个机组的可靠运行。换机。提供标准的第二层2&\2&&>特性，以经济的固定端口&结束语配置提供全线速性能；转发速率高达每秒EE&万个数据包；带目前!"#$技术已在商业网络中得到普遍应用，但在工业2个扩展槽提供千兆连接模块和堆叠模块，可提高连接的灵活自动化网络中应用不多，通过本文介绍，对类似机组设计有着借性和堆叠能力；具有自动10分配和电缆检测功能。鉴作用。该机组自动化控制系统于%&&’年S月调试完毕，目前硅钢Q)#"机组的工艺布置设有一个0")室和两个操作室整个网络系统运行良好。可靠的网络系统保证了机组基础自动（一个入口操作室及一个出口操作室）。根据自动化网络结构要化控制功能的实现。求，我们在0")室设置了R)[>QB,5CQ/-.GRQHD/.;’%&&%’口中心交换机一台，R)[>[OOD.5)*995/QHD/.;S口边缘参考资料交换机两台，U>1服务器2台，工程师站2台，便携式编程器22顾洪军，等(工业企业网与现场总线技术及应用(人民邮电出版社，台，U032&&网络打印机（带2块2&\2&&>自适应以太网卡）2%&&%台。在入口操作室设有2台U>1操作站和2台R)[>S口边缘［收稿日期：%&&’(2&(2&］!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第%页）#,CD7%&&R%&&’S);CDA/*,;5C);-9.5()*+,-./0)1D9.*+J-/65;D.75AIJC5-GD9<’刘鑫()*+,-./0)1总线技术及其应用前景(电气时代，%&&’（2&）8*H9/;5!>KH-77()*+,-./0)1Q=A/5+ALQ5,/%&&R34*50-67-/(#86-9.58:)#:5.;9*7*<=(01)>?@5A*BC.5?BD85，T);B.GUD77(V;*9558A)*+,-./0)1W)*+,-./0)1Q=A/5+A(%&&’4B7=I#B-C.;%&&’)*+,-./0)1Q=A/5+A(4-9B-C=IZ5JCB-C=%&&2MN*J#+*A()*+,-./0)1DA/-GD9<*OOP)*+,-./0)1Q=A/5+AL［收稿日期：%&&’(2&(%E］
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