l 引 言

基於現場總線的控製係統(FCS)近年來得到了迅猛的發展，正在逐步取代集散控製係統。這被稱為工業控製的第3次革命。為實現真正意義上的分布控製，通過微處理器的嵌入，測量儀表和控製儀表已逐步成為實際上的計算機單元。這些計算機單元之間，它們與上層的監控計算機之間，以及企業管理級計算機之間要進行的數據和信息的交換就形成了實際意義上的工業計算機網絡（圖1）。伴隨著計算機技術的發展，尤其是嵌入式技術在工業領域的大規模應用，工業控製的計算機網絡將越來越龐大，結構將越來越複雜。

一個完善的網絡管理係統是計算機網絡能夠可靠和穩定運行的保證。同時，好的網絡管理係統還能夠對網絡的性能進行及時的分析，保證了網絡的高效運行。這兩點對於工業控製係統尤為重要。

2 問題的提出

圖l是基於FCS的工業企業網絡的基本結構模型。

目前在工業控製領域，過程級和現場級之間的總線協議尚未形成統一的國際標準，企業級與過程級之間的以太網管理也處於一種各自為政的狀態，不僅網絡管理協議沒有采用國際標準，其上運行的係統也不統一。這種狀況會帶來以下主要問題：①整個網絡係統的穩定性和可靠性得不到保障；②係統的性能不能得到最大限度的發揮；⑨不利於係統的維護和擴展；④許多基於以太網的先進技術不能得以及時運用：⑤不能充分利用Internet資源。Internet隻成為一種企業事務管理的工具，而未能將其擴展至工控領域；⑥過程級對企業級所提供的服務隻是對查詢的支持，而且不具有實時性；⑦企業級對生產過程基本不具有控製能力，不能對生產過程的信息進行全局性實時性的分析；⑧對過程級的工控微機和生產級的監測控製儀表設備進行統一的監控和管理存在困難。

3將網絡管理和Java運用於工業控製

3.1 網絡管理與工業控製

網絡管理是控製一個複雜的計算機網絡使它能夠穩定、可靠和高效的運行的過程。網絡管理係統是由一係列軟件組成，提供多種網絡管理功能，包括網絡監測、數據采集、網絡性能分析、係統維護和網絡設備控製等。

網管技術已經非常成熟，有完善的協議，有信息模型描述手段和開發工具，用網絡管理思想進行工業計算機網絡的管理和控製，具有標準化程度高，開放，容易實現等優點。利用Manage-Agent模式，采用層次型網絡管理係統，可以較為有效的解決目前工業控製領域中的計算機網絡管理中存在的問題。

(1)利用網絡管理的失效管理功能可以對網絡中的問題和故障進行定位，包括及時發現問題、找出問題原因、自動修複（如有可能）。例如一個設備在與另一個設備進行通訊時突然通訊中斷，設備可以將故障報告給網絡管理係統。網管係統立即分離由於該故障可能導致的問題，使相關設備運行於安全模式，以防止故障繼續擴大。同時網管係統還提供一係列工具用於查找故障點，並在有可能的情況下對故障進行修複。這樣就很大程度上提高了整個係統的穩定性和可靠性。

(2)利用網絡管理的安全管理功能可以保護生產過程中的重要參數和重要信息。例如對於參數報警值，控製器調節參數等進行限權訪問，可以提高係統的安全性。

(3)配置管理可以方便地獲得整個係統中設備的配置情況，並且能夠遠程修改配置。

(4)性能管理可以測量網絡中的硬件，軟件和媒體的性能。這些性能包括：網絡吞吐量、設備運行情況、設備利用率、錯誤率、響應時間等，並提供當前最佳運行參考方案。

(5)利用配置管理和性能管理，企業級管理中心通過過程級工業微機甚至可以實現遠程啟動／關閉現場的測量和控製儀表或修改配置、運行參數和控製參數等。配置管理和性能管理通過對網絡和設備的統一管理可以使整個控製係統工作於高效和良性狀態，而且加強了企業級對生產的控製力。

目前的網絡管理係統主要基於SNMP和CMIP這兩種網管協議，工業控製中的網絡管理協議應當采用CMIP。SNMP是基於TCP/IP網絡的簡單網絡管理協議，由於它功能單一，一般隻支持簡單的查詢，存在監測網絡困難和完全沒有提供安全性保證的缺陷，也不適應工業計算機網絡管理中需要的控製功能。因此不適用於對安全和監測要求很高的工業控製領域。CMIP是基於OSI的網絡管理協議，支持複雜的信息模型，具有完善的管理功能和安全性，它為所有設備在OSI參考模型的每一層提供一個公共網絡結構，即為所有網絡設備提供了完整的網絡管理協議族。目前主要的總線協議如LonWorks等都基於OSI，這為在現場級實現網管提供協議上的保障。CMIP還提供建立一個完整的網絡管理方案所需的所有功能。CMIP包含兩個OSI的應用協議：聯係控製服務元素ACSE(As-sociationControl Service Element)和遠程操作服務元素ROSE(Remote Operations Service Element)。這兩個協議可以很好的解決工業控製中遠程控製和監測的需要。

在開放的異構環境下，為實現網絡管理的無縫集成和互操作能力，需定義與協議無關的通用信息模型和規範化信息結構。目前采用的是ISO ASN.1(詳見X．208,X.209)和GDMO (X.722).

3.2 Java與工業控製

JAVA被稱為網絡語言，具有適用於網絡管理的良好的安全性，網絡性等特征。JAVA的與平台無關性，魯棒性可以很好的解決在PC機上開發的控製程序向工業控製機移植的難題。其良好的編程界麵和麵向對象(OO)的特征，極大的縮短了開發的周期，降低了開發難度。利用JAVA的移動代碼技術不僅可以實現對參數（變量）的遠程控製，而且可以將現場的控製器上的程序進行遠程編輯、調試和實時的動態修改JAVA具有良好的可擴展性，提供與Internet的接口。利用Java和網絡管理技術可以實現基於Web的網絡管理，可以將工業控製延伸到Internet的範圍，使基於web的工業控製成為可能。利用嵌入式技術，Java芯片可為Java和網管在實時控製領域的應用提供了硬件上的支持。

基於SNMP或CMIP網管協議，TMN(電信管理網)利用Java實現了網絡管理，為工業控製領域提供了經驗和借鑒。

4實現示例

4.1問題背景

以下以電力生產中的鍋爐監測和控製的一部分實現為例。

在電力生產中企業級能夠對過程級的工控微機和現場級的設備（包括監測儀表和控製儀表）的運行情況進行實時監測和分析，並可對設備參數、控製參數等進行修改，如對報警值、上下限進行設置。同時，還可以企業的工業計算機網絡中的設備進行基於Internet的遠程控製。我們利用Java和網絡管理技術對以上要求進行了實現。

4.2係統功能

采用層次型網絡管理係統模式，實行企業級和過程級兩級網絡管理。

4.2.1企業級管理中心的網管功能

(1)能夠開啟／關閉和監測過程級工業微機，對其故障報告進行分析，對其配置進行遠程修改。

(2)能夠開啟／關閉和監測過程級工業微機及各網絡設備，對整個網絡運行情況進行分析。

(3)能夠通過過程級遠程開啟測量和控製儀表，具有對經過程級工控微機處理的鍋爐汽包溫度，汽包壓力，汽包水位，汽包給水K8凯发登录入口等參數進行全局實時分析，對各參數的報警值進行遠程設置的能力。

(4)能夠作為基於Internet生產管理指令的接口。

4.2.2過程級工業微機的網管功能

(1)對現場的控製設備（給水控製器，溫度控製器，壓力控製器等）的控製參數進行遠程設置，對測量儀表（溫度，壓力，給水等）的報警值進行遠程設置，並對這些設備的運行狀況進行監測，對這些設備的故障報告進行分析。

(2)對現場級的網絡運行情況進行監控，並對網絡故障進行分析。

(3)對企業級網管提供服務和支持。

4.3係統網絡管理結構框圖

係統網絡管理結構框圖如圖2所示。

4.4對象描述

GDMO對被管對象的描述如下：(Controller部分)

Controller NAME BINDING

SUBORDINATE OBJECT CLASS Controler AND SUBCLASSES;

NAME BY

SUPERIOR OBJECT CLASS ControIService

With ATTRIBUTE Controlerld

REGIDTERED AS{…)

4.5係統的MIT組成樹

係統的mit組成樹如圖3所示。

4.6係統運行結果

經測試，本係統運行效果良好。圖4為係統運行中的一個ControlManager的CRT輸出。

5結束語

目前利用網管和Java技術完全實現基於Internet的工業控製還存在一些問題，如采用TCP/IP協議的Internet的不安全性使基於Web的實現還有一定困難，而且基於Java的嵌入式芯片在工業控製領域的應用還不廣泛。但有理由相信隨著IPV6的推出，網絡安全技術和嵌入式技術的進一步發展，Internet將成為人類社會的基礎信息平台。基於Internet通過Web監控生產管理，將真正打破企業生產自動化管理的封閉模式，使之不再受地域的限製。網管技術和Java技術與工業控製相結合將有助於這一目標的實現。

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