1 引言 隨著現代電廠信息自動化進程的加快，電廠逐漸將管理、決策、市場信息和現場控制信息結合起來，實現電廠信息管理系統mis（management information system）、廠級監控信息系統sis（supervisory information system）、分散控制系統dcs（distributed control system）三層信息系統管控一體化。在電廠dcs設計過程中，通常采用的是現場總線控制系統fcs（fieldbus control system），但現場總線相互之間兼容性差、生產現場自控設備的種類繁多，導致不同的總線產品之間無法實現互連、互換和統一組態。 而以太網（ethernet）是目前應用最為廣泛的計算機通信技術，它具有開放性、低成本、廣泛的軟硬件技術支持等優勢，有利于現場控制的徹底分散。特別是，隨著高性能智能儀表的出現，高兆網（從100mbps、1000mbps到1gbps）的普遍使用, 使以太網逐步進入工業控制領域，是目前企業信息綜合自動化系統理想的解決方案，日益進步成為網絡控制系統的發展趨勢。本文主要根據工業ethernet技術的技術優勢，闡述其在電廠實時監控系統中的應用。 2 工業ethernet的應用現狀 以太網最早起源于美國夏威夷大學，其具有以下優點: （1） 數據傳輸速率高，提供足夠的帶寬; （2） 使用交互式和開放的數據存取技術; （3） 多種傳輸協議并行; （4） 具有廣泛的技術支持; （5） 允許使用不同的物理介質和構建不同的拓撲結構。 以太網本質上只是一個物理層標準，就像rs-232/485標準一樣，目前網絡傳輸協議tcp/ip基本上已成為通用標準，為多數廠家所接受，但在應用層協議上還存在分歧。目前主要的現場總線組織都在開發基于以太網的現場總線協議（如ff、profibus等），更有一些公司已在開發具有以太網接口的產品，并有研究成果出現。從市場角度考慮，工業ethernet在應用層的統一還需比較長的時間[1]。 工業ethernet和internet技術的發展完全改變了傳統企業的網絡架構，工業ethernet向控制系統底層延伸是必然趨勢。以太網在現場最典型的應用形式是ethernet+tcp/ip，使以太網很容易集成到以internet和web技術為代表的信息網絡系統中，web技術的滲透使過程i/o信號不再專屬于某一控制系統;智能儀表的出現更使用戶不必親臨現場就能監控生產過程。因此，基于ethernet+tcp/ip的智能傳感器、變送器直接成為網絡的節點，其控制參數和狀態直接在企業信息網絡內傳輸和共享，從而避免了fcs因存在多種協議而難以集成的局面。但工業ethernet采用csma/cd協議，其解決通信沖突的方法本質上不具有通信確定性和魯棒性，使其并不能完全取代現場總線，不同控制網絡走向統一的時機還遠未到來。目前在工業過程控制領域中最好的解決方案是融合或組合以太網和現場總線技術，可以有效的保護既有的技術和投資，并實現系統集成[2]。ethernet/fcs的網絡結構如圖1所示: [align=center] 圖1 ethemet/fcs的網絡結構[/align] 3 基于ethernet的電廠監控系統體系結構 由于與internet的無縫結合、低成本、高帶寬以及廣泛的開放性和兼容性，以太網已成為企業內部網intranet的首要選擇。基于ethernet技術的工業控制網絡模型的創新點和最主要的特點是融合ethernet技術和fcs，貫穿于整個網絡的各層次，使它成為透明的覆蓋整個電廠范圍的應用實體，實現電廠mis、sis和現場dcs的管控一體化的無縫結合。將現場設備和管理層集成于同一層以太網上形成扁平化的電廠控制網絡遠程監控示意圖如圖2所示: [align=center] 圖2 基于web的電廠監控系統軟件體系結構圖[/align] 工業ethernet向控制層滲透、應用于過程控制的監控級、與fcs融合使用已成必然趨勢，但基于工業ethernet的電廠監控系統設計中如何解決大規模系統中實時性和可靠性間的矛盾等關鍵技術，期待解決: 3.1 ethernet的通信時間確定性 由于ethernet采用csma/cd協議，其解決通信沖突的方法本質上不具有通信確定性，難以保證控制系統的實時性，這是它在工業現場中應用的主要障礙之一。但以太網的高傳輸速率是其它網絡難以比擬的，為解決其時間確定性提供了良好基礎， 主要技術路線有4條。 （1） 采用星型拓撲結構、具有數據交換功能的智能集線器，提供緩沖存儲器，降低數據沖撞和重發概率，從而達到通信確定性的要求。 （2） 使用全雙工（full-duplex）通信模式。 （3） 降低網絡負載和提高網絡傳輸速率。 （4） 增強ethernet接插件、交換機、通信電纜等抗干擾能力。與傳統的共享式以太網相比，交換式集線器同時提供多個傳輸路徑，顯著地改善了傳輸能力，提高了系統實時性。 3.2 基于工業ethernet的通訊結構模式 采用基于b/s和c/s混合結構模式實現遠程實時監控。在電廠現場控制系統中，采集的數據集中到實時數據庫中，采用c/s結構模式，可利用其交互能力強、客戶端功能強和實時性強等特點，實現現場實時控制;對于遠程用戶，采用b/s模式，可充分利用b/s模式優點，實現電廠遠程監控的需要。 3.3 以太網安全性 工業ethernet把傳統的3層網絡系統（即信息管理層、過程監控層、現場設備層）合成一體，使數據的傳輸更快、實時性更高，并接入internet，實現了數據的共享，同時也帶來網絡安全問題。為此，采用網絡隔離的辦法將電廠內部控制網絡與外部網絡分開，同時加入防火墻，且通過操作密碼登陸intranet來賦予不同操作人員的權限方法。 4 系統設計與實現 4.1 b/s和c/s混合模式的實現 對于現場控制系統，需要集中管理、分散控制和風險分散，因此采用c/s結構，利用其交互能力強，客戶端功能強，執行效率高，集中管理數據庫和實時性強等特點，實現現場實時監控。首先，客戶端利用odbc對實時數據庫進行本地訪問，其模塊集成在客戶端的應用程序中，或以activex控件的形式嵌入在客戶端中的程序中;其次，對于服務器和客戶端的交互，可以通過wsocket代碼來實現數據信息的發送和接收，其中發送包在服務器中實現，接收數據包在客戶端實現。但c/s模式也存在很多弊端，如程序開發量大、客戶端負載大、系統維護困難和安全性差等，不適合遠程監控需要。 目前，引入b/s模式到應用現場，它借助于http協議和web技術，由c/s模式不斷改進發展而來。b/s模式為三層結構，各層相互獨立，完成特定功能。客戶通過瀏覽器訪問系統平臺，形成一點對多點，多點對多點的結構，提高了系統效率。其工作優點是典型客戶模式、無需開發客戶端軟件、效率高、易于維護、平臺無關性等。 基于b/s的監控系統主要通過采用asp技術和activex組件（com/dcom）技術相結合來實現系統的web應用，其網絡體系結構如圖3所示。即web頁面利用vscript或jscript語言編寫，嵌入activex組件;然后activex控件根據網頁的參數設置，通過應用服務器向數據庫服務器提交數據請求，接收并解析響應的數據包，把監測數據信息實時、動態地傳遞給用戶，實現圖形數據的遠程實時監控。其中activex組件中封裝了與數據庫服務器的查詢接口、與本地工作站的交互操作和數據的自動讀取和顯示等功能。 [align=center] 圖3 activex和asp相結合的系統體系結構[/align] 4.2 opc的開發 opc（olc for process control）的基礎是microsoft的ole、com/dcom技術，它是現場設備級和過程管理級進行信息交互的開放的接口標準和技術規范，支持分布式或異構環境下應用程序之間軟件的無縫集成和互操作。從數據傳輸角度說，opc服務器實質上是一個網關，一方面從現場設備讀取數據，另一方面把來自不同類型的fcs的不同類型的數據轉化成統一的opc數據格式，實現信息系統的集成。由于opc技術標準比較復雜，目前只有一部分fcs設備提供了opc的接口驅動。opc接口規范主要包括da和ae兩個部分，對于應用軟件，如監控組態軟件，da部分的opc client接口直接集成到組態軟件的程序中，而ae的處理則通過activex控件來實現。 opc服務器對象opc da server提供連接的數據源和數據訪問的方法。因此，在建立opc組和標簽之前必需建立opc服務器對象，在vb中創建opc da server的方法為: dim withevents anopcserver as opcserver set anopcserver=new opcserver opc服務器對象建好后用opc數據訪問自動接口的“connect”方法與數據源連接。 opc c1ient和opc da server進行通訊連接時，通常一個opc client可以與多個服務器同時連接，而一個opc服務器也可同時被多個opc應用程序連接。與多個opc server連接時，對每個server都要連接一次，當不要某個opc server時，要將該服務線程終止，釋放占用資源。通過類copcdaconnection來記錄每一個連接，用指針列表serverlist來記錄所有的連接。這里以與單服務器連接為例，連接和釋放的流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 opc client與服務器的連接和釋放流程[/align] 在opc中，數據傳輸是以組為單位進行傳輸的。在運行狀態中，為了不引起堵塞而導致畫面停頓，一般都采用異步方式寫數據，采用數據訂閱方式被動地接收數據。 5 結束語 ethernet是信息技術中技術最為成熟、有眾多硬件供應商支持的信息高速通道，它把大量的局域網聯成了廣域網，將其應用到電廠控制領域，在現場設備中內置web服務器，使之具備網絡發布功能，又能與現場總線技術相互滲透，實現電廠mis、sis和dcs系統的管控一體化。同時，與internet技術的結合是工業控制網絡發展的必然趨勢，這一切使得基于以太網的遠程監控在電廠有廣闊的發展前景。