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工業控制范文1
關鍵詞：工業控制系統；信息安全防護技術；問題；策略
1研究工業控制系統信息安全防護技術的重要性
工業控制系統是信息化與工業化的有效融合形成的。目前自動化、計算機及互聯網技術的影響下，逐步形成了管理與控制的一體化，增加了工業控制系統的開放性，擴大了運行的范圍，因此，需要信息安全防護體系來做好保障。當前，很多工業性的基礎設施的控制系統缺乏防護性的措施和保障，工業控制系統的信息安全問題日益突出，互聯網在遭受病毒攻擊的時候影響大、范圍廣，造成的損失不可估量。要防止此類問題的頻發，就要建立安全防護體系，滿足現代工業控制系統的發展要求。做好工業控制系統的信息安全的防護技術工作，樹立安全屏障。
2工業控制系統中信息安全防護技術中存在的問題
工業控制系統中信息安全的防護技術刻不容緩，涉及眾多領域和重點工程，目前的工業控制系統仍然存在一些信息安全的風險性問題，主要有以下3個方面。（1）針對工業控制系統及其關鍵基礎設施的攻擊增多。工業控制系統雖然都會有一定的安全防護體系，但是互聯網中病毒的種類較多，且危害性大，病毒在攻擊的時候，能夠以驚人的方式增加并且導致系統迅速地癱瘓，增加了工業控制系統的風險性，傳統的病毒攻擊是漫無目的的，但是針對工業控制系統及其關鍵基礎設施的攻擊，是具有特定目標的，旨在獲取系統中的敏感信息，或者讓設施癱瘓導致無法運行。（2）工業控制系統產業生態的良性發展的產業鏈有待完善。工業控制系統還是采用傳統的管理辦法，在新技術和新設備的應用之后，隨著技術的不斷發展，大數據的應用，需要建立更加完善的產業生態系統，才能保證工業控制系統的良性運行，也是后期需解決的問題。（3）工業控制系統和設備存在一些高危安全漏洞。工業控制系統和設備大量暴露在互聯網上，也已成為各國工業信息安全的重要威脅和軟肋。在互聯網上工業控制系統數量增幅尤其明顯，增速超過了全球平均水平，工業互聯網的發展具有新安全挑戰，包括工業互聯網平臺的安全、工業互聯網設備和控制層面的安全、工業大數據安全、工業互聯網網絡層面的安全等。安全服務能力亟待提升，安全服務市場占有率較低。
3工業控制系統中信息安全防護技術的有效策略
工業控制系統中信息安全存在諸多風險，必須要快速地建立和完善安全防護技術，同時要基于安全需求原則，先進成熟技術原則、分級保護原則、縱深防御原則、動態調整原則來進行構建，提高工業控制系統的安全技術防護能力、管理能力、安全運維的能力，保障工業信息安全，針對上文中提出的各項風險性問題，必須予以針對性的解決，主要有以下幾個方面的策略。（1）加強工業控制系統及其關鍵基礎設施的安全風險評估。加強工業控制系統及其關鍵基礎設施的安全風險評估是確保工業控制系統信息安全的前提。識別危害是安全風險評估的重要組成部分，安全風險評估能夠為企業提供詳細的數據基礎，評估在不同環境、不同條件、不同時期的安全的危險性，并確定危害的程度，從而做出與之相匹配的防護措施。督促相關企業建立信息安全防護體系，落實信息安全防護技術和管理措施。安全評估設施包括防火墻，防病毒系統等各種新型的技術，對工業控制系統的安全策略配置和管理進行有效的前提預測和評估，檢測目前的信息安全的防護措施是否到位，從而降低系統被侵襲的風險，在遇到病毒攻擊的時候，能夠迅速地做出反應，保證數據信息的安全，實現防護舉措。（2）注重網絡安全防護的技術性操作。在網絡安全防護中，注重技術性的操作和方法，網絡設備要有足夠的空間和余地進行大規模的數據操作和分析處理，尤其是在業務高峰期階段，實現順利銜接和調整，注重終端與服務器之間的銜接，實現路由控制的安全的訪問路徑，注重邊界訪問，訪問要在合理的控制之下，實現網絡接入，對于那些不明的用戶訪問要快速地攔截，并迅速定位和查找，建立報警系統，發生嚴重的入侵事件能夠快速地回應。（3）注重應用安全和數據安全。應用安全防護中，提供訪問控制的功能，配置訪問的控制策略，依據訪問控制的程序運行進行登記，設置訪問權限，嚴格控制操作，保護應用的安全運行。數據安全的防護中，要注重數據的完整性、保密性、備份和恢復等，在數據傳輸的過程中，有貫穿全過程的監管系統，檢測數據是否成功傳輸，是否受到損壞等，發生錯誤時能夠及時地保存數據，在日常的工作中，注重每天備份數據的習慣，保證工業控制系統的數據的完整保護。（4）健全安全風險管理體系。健全安全風險的管理體系，是確保工業控制系統順利運行的有效保障。建立和完善安全管理制度，制定工業控制系統的安全保障制度和安全策略，明確系統內的安全工作的權責，完善體系就是要針對日常工作中出現的安全問題進行記錄，并將普遍性的問題納入到安全保障管理制度中，督促人員遵守，使操作行為規范化，建立章程和操作流程，構建全面的管理制度和體系。設置安全管理的專門機構，明確各流程的負責人，以及工業控制系統總體運營的負責人，成立職能部門，并且制定相關的規范，通過量化各流程的安全系數，事故發生率，納入到負責人的考核中，以此在增加負責人的重要安全意識，注重安全防范。（5）增強信息技術人員的安全防護素質。嚴格規范人員安全的管理，從其招聘、錄用到入職都進行嚴格仔細的審查，對應的技術崗位要有專業的資格證書，關鍵崗位要注意系統運行的保密性，增加工作人員的保密意識，定期地對人員開展專業技能的培訓和職業道德培訓，尤其是要對工作人員的安全認知進行考核，按照規定執行，建立獎懲措施，以此來激勵工作人員投入更多的熱情在安全防護工作上。（6）完善系統建設和運維管理。完善系統建設的管理，在系統的設計和建設階段，就要充分地考慮后期的安全防護措施，進行總體的規劃，并且協調相關的專家人員，專業技術人員，一線的工作人員進行商討。根據各方提供的資料意見進行整合，完善在設計和建設階段的安全防護措施，并同相關部門進行協調，實現互聯互通。做好系統的運維管理措施，在工業控制系統中，存在多個技術設備，系統運行，網絡安全等方面的運營，需要專業的技術人員定期地對此開展維護工作，進行優化和升級，發現系統在運營過程中存在的問題，及時地修復，避免因為小問題的發生而導致了系統的事故發生，后期的維護也是保證系統穩定運行的有效保障。（7）搭建工業控制系統漏洞檢測公共技術平臺。要搭建公共技術平臺記性檢測，建立國家級工業控制系統的數字仿真測試環境，通過實驗室測評、現場評估、滲透測試等方式，對工業控制系統進行脆弱性評估，建立系統的漏洞檢測和管理的平臺，建立漏洞檢測的數據庫，實現資源共享。（8）提高我國的自主創新能力，研發核心技術，替代國外產品。關鍵基礎設施及其控制系統的信息技術還是依靠國外進口，因此必須加強高端的通用芯片，操作系統等技術的創新，給予國內企業大量的優惠政策和財政支持，研發信息技術裝備，大型的SCADA等控制設備和系統，逐步替代國外產品，實現國內的首用。（9）提升安全服務能力，增加安全服務市場占有率。對于進一步做好工業信息安全工作，要繼續對行業企業深入開展安全檢查評估，要構建全國的工業信息安全態勢感知網絡，要推進國家應急資源庫的建設，要健全風險共享和信息通報的體系，要完善安全共能力，要強化產學研用合作等。
工業控制范文2
LMT057DNAFWU-AAN有兩種接口提供給MPU使用，分別為并行接口與串行接口。時序搭配是液晶顯示模塊應用的基礎，如果時序沒有匹配好，液晶顯示模塊不會很好的工作，模塊也是如此。一般來說，與MPU主機相比，液晶顯示模塊屬于低速的外設，所以在與計算機連接時，雙方的時序搭配尤為重要。這里推薦兩種并行接口電路。
直接訪問方式的接口電路
MPU使用總線方式與LMT057DNAFWU-AAN直接連接，8031數據口P0口與模塊的數據口連接，由于LMT057DNAFWU-AAN接口操作適用于Intel8080時序，所以可以直接用8031的／RD、／WR作為模塊的讀、寫控制信號，模塊的／RESET接RC復位電路。／CS信號可由地址線譯碼產生，這里僅簡單地通過反向器接至A15。A1信號由8031地址線A8提供，A8=0為指令包入口地址；A8＝1為狀態寄存器地址(如圖1所示)。
間接控制方式接口電路
間接控制方式是MPU通過I／O并行接口，按照模擬模塊時序的方式，通過軟件編程的方式間接實現對LMT057DNAFWU-AAN的時序操作。該方式能夠很好的回避MPU和模塊接口之間的時序差異。根據液晶顯示模塊的接口信號要求，需要占用MPU的12位并行接口，我們將8031的Pl口作為數據總線。P3口中4位作為／RD、／WR0、A1、／CS信號(如圖2所示)。串行接B方式及指令操作特點
MPU還可以利用LMT057DNAFWU-AAN提供的串行接口與計算機系統實現遠程通訊和最小線連接，占用計算機系統資源最小化。
LMT057DNAFWU-AAN的串行接口是標準的RS232接口形式，在模塊內部電路專門為RS232接口配置了MAX232接口IC，使得模塊能夠直接與計算機的9針標準串行通訊接口連接。
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病毒、木馬、蠕蟲是針對計算機編寫開發出來的程序，具有強大的破壞性。一般來說普遍工業的控制網絡是物理隔離的，但是控制網絡的封閉性正好為病毒的發展提供“溫床”，這些病毒可以通過U盤或者硬盤傳播進入到控制網絡中，例如蠕蟲病毒，感染后會進入信息層的PC機和服務器，并且依靠網絡開始傳播，而一些網絡的設備也就受到影響，例如交換機、路由器等。通常只有依靠重啟路由或者重新配置訪問控制列表才能解決。而蠕蟲病毒入侵可能直接導致使上層的信息層流量進入工業以太網，導致網絡超載。而控制層的很多計算機終端也是直接與工業以太網交換機相連的，終端如果感染病毒，工業控制網絡由于缺乏有效的防護和殺毒軟件，導致病毒蔓延，最終導致全網絡癱瘓和數據毀壞的結果。
2黑客入侵的問題
黑客入侵并竊取資料是大部分企業網絡最頭痛的問題，在工業控制網絡中，網絡結構主要以集線器為媒介，并將信息數據包向全網絡節點擴散。信息的來源包括：過程量轉換器以及裝在工業控制現場的PLC等，一般來說，這些設備發送的數據量比較少，經過封裝后在工業控制網絡中循環發送。而黑客只要用嗅探器就可以進入到工業控制網絡底層，并在系統未發覺的過程中截獲部分信息，返還給普通的PC電腦進行數據分析和處理，得到有效的資料。這是由于工業信息傳輸過程未經過加密操作，而交換設備對端口不具備保護功能以及網絡安全監控不到位導致的。
3工業控制網絡的安全防護措施和建議
3.1采用智能交換和合適的網絡結構
如圖1所示，是網絡拓撲結構，其工作原理是采用智能交互，控制大部分信息和數據的傳播范圍，并且可以針對端口安全進行一定的保護，保證控制信息具有保密性。
3.2采用訪問控制列表技術
訪問控制列表（ACL）技術是一種包過濾技術，即把檢測數據包的源地址、目標地址和端口號，最后判斷數據包安全性以及能否通過。具體控制如：安全套接層(SSL)將所有外網流量進行加密管理，并限制訪問交換機的條件是瀏覽器的圖形用戶接口；登陸802.1x和RADIUS網絡的條件是端口訪問，最后源端口只能根據特定的端口進行通信。
3.3采用流量控制技術
通常網絡出現病毒時，網絡一般會出現超載的現象，即出現異常的流量和下載，網絡癱瘓也是由于過多垃圾數據下載。而采用流量控制技術可以將端口流量限制在合適的值，避免出現異常，例如采用華為以干擾為目的的流量控制設備，一般使用于網絡旁路，通過復制經過的數據包通過干擾口進入網絡，而根據具體情況，發出干擾源地址或者目標地址的信號，欺騙干擾數據包，調整自身的TCP窗口大小，最終達到控制流量的目的。
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工業控制范文4
投射式電容（P-CAP）觸控技術是工業觸控領域中的主宰技術，P-CAP技術還被廣泛使用在大量的手機和平板計算機上面引人注目的設計能力推動我們邁向成功之路，包括高效無限生命周期（透過防破壞全玻璃表面實現）、全平面設計（無需使用凹槽）以及優良的靈敏性。此類功能對工業控制應用同樣具有吸引力。消費者市場中的銷售量可降低成本，但會推動研發投資，從而促進功能的實現，其中部分功能同樣適用于工業市場。比如力量識別（Z軸偵測）和手勢識別。
高靈敏性
根本而言，P-CAP觸控技術（比如PCT和MCPT）的關鍵屬性是高靈敏性。它可透過非常厚的覆蓋物、保護玻璃、甚至厚實的手套偵測到觸控操作，因此可實現無可匹敵的Z軸靈敏性和控制效能。
比如，澳大利亞整合者APC Technology推出的堅固平板計算機利用Zytronic旗下ZyBrid觸控傳感器的防潮和抗污屬性來提供卓越的可靠性和顯示清晰度，同時可在不同天氣條件（從明亮陽光到暴雨天氣）下抵抗多種污染物。觸控傳感器可輕松滿足一般工業、制藥和食品加工行業應用的嚴格要求。反過來，透過這一靈活性，FT系列可用于一系列不同的嚴苛環境，包括生產和組裝線、沖洗區、食品生產和畜牧管理區。以PCT為主的ZyBrid屏幕具有無限觸控生命周期并可實現無偏移操作（可免除重新校正），從而可進一步提高FT系列的卓越可靠性。
P-CAP搭載采用優良設計的觸控器，可提供可靠且直觀的觸控體驗，可精準回應最多40個觸控點。雖然諸多儀器設計者認為用戶一次只會用一個手指觸控屏幕，但是多點觸控功能仍然可帶來優勢。比如，平板計算機用戶普遍使用的縮放動作等手勢識別，就依賴于多點觸控識別功能。手掌拒絕（屏幕忽略放在屏幕上的手，但是仍然識別并響應有意的觸控操作）的實現，同樣需支持多點觸控。
最佳觸控技術在嚴苛應用（配備保護玻璃以及甚至穿戴手套進行操作時）中可實現優良運行效果。比如，加拿大的鐵路行業數據收集硬件供貨商Quester Tangent在高級故障識別監控系統（FIMS）中使用客制Zytronic觸控傳感器，透過該系統，可實時收集數據，可編譯有關單臺或多臺火車的詳細故障信息。
由于傳導性感測組件受到堅固強化玻璃的安全保護，因此傳感器（基于10微米銅基體）可高效抵抗刮傷、沖擊力、振動、刺激性化學物質以及極端溫度。這意味著相比于替代觸控技術，Zytronic旗下P-CAP傳感器相對于嚴苛應用環境的適用性要高得多。此外，由于其無需使用凹槽，因此可實現實用、全玻璃、穿戴手套操作以及全平面設計。
力感測
另一項目前較少用于儀器用戶接口但具備巨大潛力的發展是力感測。觸控屏幕的一個常見缺陷為：當使用者望向別處時，其不能像機械式按鈕一樣提供回饋。透過使用力量識別，在輕微觸控屏幕時，口頭訊息可警告用戶注意所選選項。選擇可透過更用力按壓進行確認，打個比方，當用戶的手指在屏幕上移動時，儀器會發出（溫度）、（壓力）或（時間）的聲音。手指到達正確選項所在位置后，透過用力按壓即可進行選擇。此外，透過這一方式，還可為弱視使用者提供便利。
將手持式裝置的力感測技術擴充到商業和工業應用的更大型觸控屏幕，遠不止是簡單地擴充相同的技術。大多數智能型手機使用的電容傳感器整合在顯示屏幕中。如果擴充至使用大屏幕，這一方法將產生高額費用，而且這一方法與一體機通常安裝的保護玻璃以及公共場所中使用的其他觸控屏幕不兼容。
Zytronic的方法基于對觸控區域表面積的測量，該測量值可以改變在傳感器相應觸控位置測得的電容訊號電平。透過這一方法，無需在玻璃上使用壓電層或其他層來測量施加的力或壓力，并且意味著該技術甚至可以在厚的、剛性的和防破壞的強化玻璃面上使用。
改善電磁干擾（EMI）抵抗性
電磁干擾（EMI）是應用于工業環境的觸控屏幕系統的常見問題。同樣地，部署于電源不一致或穩壓情況欠佳的區域中的觸控屏幕，亦會受到電源電纜產生的瞬態干擾的影響。這會導致觸控屏幕及其控制電子組件在從周圍噪音中識別訊號（或觸控操作）這一點上出現故障，即降低訊號雜音比，從而不利于識別真實觸控活動。
對觸控器中所采用的電子設計和觸控偵測韌體所做的主要改進，可確保訊號完整性保持在較高水平。P-CAP觸控技術具備微細電容器X-Y矩陣（內嵌于夾層玻璃基板中），使用調頻來偵測傳導路線中的微小電容變化。抵抗EMI的一個方式為在觸控器中實施「智能頻率掃描功能。工作頻率在1.3MHz和2.5MHz之間動態移動，以便避開偵測到的環境（噪音），這些噪音會阻礙觸控活動的偵測。
1 區應用（危險和爆炸性應用）
設計得當的觸控屏幕甚至可用于危險和爆炸性（1區）應用中，比如油井設備。Smart-Ex終端機可讓鉆探設備的操作員收集和分析數據，依賴于易于使用的堅固人機接口（HMI），可快速檢視、了解重要信息，并依據此類信息采取措施；結合高隔離性從而使終端機中的電氣硬件不會與外部的潛在可燃氣體和液體相接觸。所選觸控技術可實現無故障全天候室外操作、可抵抗腐蝕性鹽水和油，并可在使用者穿戴厚實工作手套進行觸控操作時做出回應，這幾點都是非常重要的。
Zytronic的專屬自電容式觸控感測技術，會感應這些電容器中的已知頻率（約1MHz），當使用者的手指接近觸控屏幕表面的相應部分時，這一頻率反過來會被使用者的人體電容所改變。透過內嵌于相連觸控器韌體中的精密算法，峰值頻率更改的位置會被更新。此種觸控偵測方法具備如此高的靈敏性，從而促使PCT傳感器矩陣可內嵌于厚實的層壓保護覆蓋物中。另外，使用者還可透過驅動程序輕松微調韌體，以調整觸控靈敏性和門坎值偵測等級，從而使屏幕可根據應用要求對最輕微的觸控或充分的手指壓力做出回應。此外，它還支持穿戴厚實手套進行操作，針對室外和工業應用實現高度優化。
玻璃改進
隨著材料技術的改進，可生產出纖薄、輕質但非常堅固的玻璃。最新的一項發展是在玻璃中融入抗菌組件，從而確保玻璃表面上的細菌會消失而不會繁殖。Zytronic已與Corning合作，以使用其獨特的Antimicrobial Corning Gorilla Glass作為安全、無毒的顯示保護玻璃用材料，此款玻璃是首款在美國環保署（EPA）注冊的抗菌保護玻璃。此款玻璃包含銀離子組件，該組件介質可大幅降低細菌的繁殖能力，從而有助于確保玻璃的清潔度。此外，Gorilla Glass堅固耐用，可抗刮傷，因此出現裂縫的可能性較低，從而降低細菌繁殖的機會?？咕橘|不會影響玻璃的卓越光學清晰性。對于外部或無人看管的觸控屏幕應用（可能需提高剛性和耐沖擊性），Zytronic可迭層化學強化Antimicrobial Corning Gorilla Glass覆蓋層和更厚的熱強化后玻璃，以制造具備卓越耐沖擊性的ZyTouch傳感器。
Antimicrobial Corning Gorilla Glass將享有盛名的抗破壞性、光學清晰性和觸控靈敏性優勢相結合，在制造配方中融入抗菌屬性，以有助于確保觸控表面無污點和異味（可導致細菌的滋生），而這一效能在顯示屏幕的整個生命期間均可實現。
設計約束
工業和其他儀器設計中，空間通常非常珍貴。如果可最大程度地降低觸控器的大小，將會帶來明顯優勢。因此降低PCB大小和提供控制器芯片組都是至關重要的，以便設計者可考慮將觸控器嵌入至現有的系統主板中。
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關鍵詞：PLC技術；控制應用；工業發展
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0075-01
PLC技術全稱為可編程控制器，在現代化的工業發展過程中受到有關技術工作人員的青睞。PLC技術在工業控制過程中主要是通過可編程存儲器進行一定的邏輯運算，然后利用計數等操作指令將有關的指令和任務通過數字量和模擬量輸入，達到對工業機械的自動化控制過程。
1 PLC技術的控制方式
我們初步了解了目前PLC的基本概念、構造以及工作原理等，下面筆者主要來探究PLC技術在工業控制中的主要控制方式。
1.1 開關量的控制
開關量的邏輯控制在目前工業領域中應用較為廣泛，并且是PLC技術控制的最為基礎性的范圍。開關量的邏輯控制作用主要替代了傳統的繼電器電路，通過開關量的邏輯控制，能夠實現控制技術既能夠在單臺設備上實現有效的邏輯、順序控制；還能夠使得控制技術有效的應用于工業流水線等多臺設備的控制操作。
1.2 模擬量控制
PLC在工業模擬量的控制過程中，主要通過A/D轉換使得PLC能夠對模擬量進行控制和操作，在工業化生產過程中，一些可變的溫度、不確定的流量控制等，PLC的模擬量控制能夠發揮較好的作用。
1.3 運動控制
在工業化生產過程中，流水線工程常常會有許多自動操作的工業機械，而這些機械之所以能夠實現系統有序的操作和運動，主要是借助于PLC技術。可編程控制器能夠對機床的直線運動實現較為有效的控制，在流水線的生產上起到了關鍵的作用。
2 PLC技術在工業控制中的應用
前面我們對當前PLC技術在控制種類上進行了簡單的分析和探究，可以看出目前PLC技術在工業生產和流水線生產上發揮了非常重要的作用。下面筆者來分析和研究PLC技術在工業控制中的應用問題。
2.1 在惡劣環境下及載波信號應用
在進行工業生產過程中，往往都需要相關設備和技術具備較強的抗逆性，大多數的工業生產環境極為惡劣，可能溫度非常高，或者產生大量的雜質等，很容易對一些精密設備產生嚴重的影響，導致機床等工業設備出現問題。而PLC技術之所以能夠在工業控制上發揮出如此優秀的效果就是基于它超強的抗逆性，可編程控制器對于一些磁性環境、高溫高壓環境等都有較好的免疫效果，并且能夠長時間在這些極端惡劣環境下運行發揮作用，保證了工業化生產的穩定性和可靠性。
目前PLC技術在載波信號的傳送上有著非常好的應用前景，過去載波信號大多無法通過數字信號來進行處理產生，受限于硬件設施的技術要求，傳統載波信號大多采用分立元件以及電路芯片綜合作用來產生。
2.2 應用上實現了快捷方便
在工業化生產和發展過程中，相關技術更加人性化、能夠簡單操作也是非常重要的問題。如果自動化控制技術需要高端專業人才來進行操作研究，那么很容易造成企業人才不夠的現象，并且也在一定程度上增加了企業的成本。
而PLC技術在操作上以及相關工作上都是非常簡單方便的。在進行工業程序的修改等過程中，工作人員只需要對繼電器編號進行搜尋即可。同時可編程控制器也有著自己的編程語言和功能圖表，在進行工業自動化控制過程中，可以通過功能圖表實現。
工業生產需要對設備的故障進行定期的檢修和維護工作以保證設備的穩定運轉情況。PLC在工業設備的故障檢修和控制過程中能夠對設備的故障進行準確定位，同時將所定位的信息數據轉換為故障代碼，將故障代碼直接傳送到工作人員控制中心當中，工作人員通過對故障代碼的分析就能夠準確的找到故障發生的具體地點以及具體原因。
2.3 PLC控制網絡技術在工業生產中的應用
目前網絡發展非常迅速，PLC控制網絡在工業化生產過程中也有著較好的應用前景。尤其是現場總線這一技術，現場總線具備較強的數字通信能力，在工業設備的生產和發展過程中，將具備現場總線控制能力的設備賦予一定的能力，使其成為控制網絡的節點所在，通過一個個控制節點之間的相互聯系作用，使其形成了全面系統的控制網絡，進而將整個工業生產成為一個整體，從生產前期的產品開發、采購到進入市場都能夠實現一體化。
2.4 靈活應用
可編程控制器在工業控制中既能夠功能模塊圖對程序進行一定的編程和操作過程，同時也能夠通過布爾助記符等實現操作和控制，換句話說PLC可編程控制器自身的多種不同編程語言能夠相互之間發揮較好的作用，工作人員只需要了解相應的一種編程語言就能夠有效的對工業設備實現控制，實現了對工業控制的靈活操作。
工業控制范文6
關鍵詞:ZigBee CAN 工業控制 現場總線
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(a)-0026-01
隨著工業控制的發展,工業自動化已經滲透到工業控制的各個角落,同時在控制過程中,對實時獲取節點數據,以及節點數據接口的開放性、標準性,數據傳輸過程的安全性等要求進一步提高,控制節點的有線控制網絡的局限性也就越來越突出了。隨著無線技術進一步為公眾所接收,其應用的范圍也在日益擴大,尤其在工業過程控制領域,由于無線技術的應用,解決了有線技術由于投資成本及環境限制未能實現的功能,提升了過程控制精度,為工廠管理帶來極大的方便。ZigBee是在2004年12月,由ZigBee聯盟在IEEE802.15.4低速無線網協議基礎上提出的。該標準下的短程無線網技術以其數據傳輸安全可靠、組網靈活、電池壽命長等優點,在工業控制領域中有著深厚的發展潛力。CAN(Controller Area Network)總線是ISO國際標準化的串行通信協議,其高性能和可靠性已被認同,并在工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面廣泛應用。
1 ZigBee的技術特點及優勢
1.1 ZigBee技術的特點
ZigBee標準包括IEEE 802.15.4協議制定的物理層(PHY)和介質訪問層(MAC)標準,以及在這之上由ZigBee聯盟制定的網絡層和部分應用層標準,它的技術特點主要包括:低功耗:在低耗電待機模式下,兩節5號干電池可支持1個節點工作6～24個月,甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。而藍牙可以工作數周、WIFI可以工作數小時;低成本:通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節點需要32KB代碼,子功能節點少至4KB代碼,而且ZigBee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元;低速率:ZigBee工作在20kbps～250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求;近距離:傳輸范圍即相鄰節點間的距離,一般介于10m～100m之間。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。
1.2 ZigBee技術的應用優勢
在工業控制中,設備之間的數據傳輸要求高可靠性,以及工業運用的實時性也要求數據傳輸的實時性,同時,在運用中也盡量要求設備組網能更加智能,更加靈活,以降低工業運用成本。
傳輸可靠性:ZigBee協議符合七層網絡結構,在IEEE802.15.4定義的物理層和子層協議規范基礎上,繼續定義了網絡層和應用層,在應用層中規范了應用支持子層和設備對象。此外還有類似空閑信道評估(CCA)、鏈路質量指示(LQI)等技術保證了數據傳輸的可靠性。
實時性和組網靈活性:ZigBee的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms,節點連接進入網絡只需30ms,進一步節省了電能。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節點管理若干子節點,最多一個主節點可管理254個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,最多可組成65000個節點的大網。
2 CAN總線的特點及優勢
2.1 CAN總線的特點
CAN總線協議是以國際標準組織的OSI開放系統的7層模型為參考的,并在該標準基礎上改為模型結構僅為3層,即只保留了OSI的物理層、數據鏈路層和應用層,這保證了節點之間數據傳輸的低差錯。
CAN總線是兩線結構,即為差分形式的物理結構。也就是說,CAN總線上使用“顯性”(邏輯0)和“隱性”(邏輯1)兩個互補值來表達邏輯。高速CAN總線最快數據傳輸速率能達1Mbps,此時有效通訊距離為40m,當速率降為5kbps時,有效通訊距離能達10km。
2.2 CAN總線的應用優勢
CAN總線協議支持多主機的工作方式,即任意節點可以在任何情況下主動向網絡上的其他節點發送信息,這種方式將在工業控制中發揮巨大的靈活性,在協議層面上支持了控制現場的實時響應能力。此外,CAN總線協議也有著良好的仲裁機制,該機制保證了既不損失報文又不損失時間。
3 ZigBee和CAN總線技術的應用
在現代工業控制領域,對現場無線化的需求也進一步加大,所以使用CAN總線技術和ZigBee技術的結合,運用到一定范圍內的工業控制現場,是一個很好的方式。
網關主要由CAN收發器、CAN控制器、ZigBee模塊以及負責協議轉換的控制器組成。CAN收發器和CAN控制器分別采用TJA1050T和MCP2515等芯片,可以滿足大部分現場要求。ZigBee控制芯片采用德州儀器(TI)的CC2430,該芯片結合了一個高性能的2.4GHz直接序列擴頻(DSSS)射頻收發器核心和一個高效的8051控制器,在保證有效運用的基礎上可以很好的實現低成本和低功耗。由于CAN總線與ZigBee通訊的傳輸速率和傳輸方式不盡相同,所以為保證兩者之間的數據傳輸的同步性,也為保障系統的穩定性,一般使用譬如高速SPI等高速協議作為轉換控制器。
4 結語
在實際工業現場對ZigBee和CAN總線技術的搭配運用中,體現了很好的靈活性,也大大降低了工業控制現場的管理成本,同時也提升了控制的效能。同時也可以看到,在該方法的基礎上,為了能適應更多的控制場合,可以在總線技術上作靈活替換,以得到實現成本與控制效能的最佳結合點。
參考文獻
[1] 王秀梅,劉乃安.利用2.4GHz射頻芯片CC2420實現ZigBee無線通信設計[J].國外電子元器件,2005,12(3):59～62.
