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1、德 州 学 院 实 习 报 告 纸第 1 页 共 6 页学生实习报告实习目的1、加深对现阶段工作环境的了解，明确工作单位的对人才的要求。2、了解计算机网络技术在现代工业控制中的应用。3、了解 Ethernet 在现代工业控制系统的发展前景。4、过本次实习，开阔视野，增长见识，拓宽我们的知识面。了解本专业相关方面的知识，通过实习，启发我们积极向上，深入学习。实习单位综合概述山东昌邑石化有限公司座落在世界风筝都潍坊东北部的昌邑市，始建于 1986 年，是潍坊市唯一生产高档燃料油的国家级大型石油化工企业。现有总资产 5.4 亿元，员工 1000 余人，占地面积 50 多万平方米。可以生产汽油、轻柴油
2、、煤油、溶剂油、润滑油、燃料重油、液化气、丙稀和聚丙稀等系列石化产品。公司下设销售公司、供应公司、原油供应公司、运输公司、生活服务公司和一个消防中队、十二个主体车间，有各种炼化装置十四（台）套。主要产品：93#、90#车用无铅汽油，-10#、0#柴油，煤油、溶剂油、重交沥青、液化气、丙烯、聚丙烯、渣油、润滑油等十几个品种，产品质量均达到国家规定标准，畅销国内十几个省、市，深受广大用户青睐。近几年来，公司发扬创新精神，奉行“以质量求生存、以科技求发展、靠信誉赢市场，视顾客为上帝”的企业方针，积极发展企业信息化，通过现代工业控制系统，内抓管理，外抓市场，不断加强技术改造和管理创新的力度，注重企业信
3、息化和现代工业控制技术的应用。现已发展为当地的信息化程度最高的现代企业和第一利税大户，先后荣获国家“守合同重信用”企业、化工部“清洁文明工厂” 、省级“无泄露工厂” 、 “达标排放单位” 、 “环保先进企业” 、 “文明百佳企业” 、“AA 级信用企业”等荣誉称号，并于 2003 年通过了 ISO9001：2000 质量认证。 实习内容及进度第一周（3.12-3.17）由于刚进公司，且不是对口专业，高工让他的学生成飞带着我大概了解了整个公司的网络状况，了解企业网络建设的要求，并具体实践了公司内部网络的基础性维护工作。全公司下设六个实体公司，十个生产车间，有各种炼化装置十四（台）套。公司下设销售
4、公司、供应公司、原油供应公司、运输公司、生活服务公司和一个消防中队、十二个主体车间。现有干部、员工 962 人。公司集采购、运输、生产、加工、销售、出口、科研于一身，公司规模庞大。整个公司采用现代工业网络作为企业综合自动化系统的基础，从结构上看可分为个层次，即管理层、监控层和现场设备层，如图所示。德 州 学 院 实 习 报 告 纸第 2 页 共 6 页企业网（互联网）工业局域网工业控制系统网络管理层监控层现场设备层图企业综合自动化系统结构层次示意图图中，最上层的企业管理层网络，主要用于企业的计划、销售、库存、财务、人事以及企业的经营管理等方面信息的传输。管理层上各终端设备之间一般以发送电子件、
5、下载网页、数据库查询、打印文档、读取文件服务器上的计算机程序等方式进行信息的交换，数据报文通常都比较长，吞吐量较大，而且数据通信的发起是随机的、无规则的，因此要求网络必须具有较大的带宽。管理层网络主要由快速以太网 Ethernet（100M 、1000M、10G 等）组成。中间的制造执行层网络主要用于监控、优化、调度等方面信息的传输，其特点是信息传输具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量较大，因此要求网络具有较大的带宽，以前由专用网络如令牌网组成，如今这一层网络则主要由传输速率较高的网段（如 10M、100M 等）组成。而最底层的现场设备层网络则主要用于变送器、执行机构等现场设备之间、以及现场设
6、备与控制室仪表之间的信息传输。它应具有以下特点：1、传输的信息长度较小。这些信息包括生产装置运行参数的测量值、控制量、开关与阀门的工作位置、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点与量程调校信息等。其长度一般都比较小，通常仅为几位（bit）或几个、十几、几十个字节（byte） ，对网络传输的吞吐量要求不高。2、通信响应实时性要求较高。工业控制对实时性的要求是“硬”的，因为它往往涉及安全，所以必须在任何时间都及时响应，不允许有不确定性。它包括两个方面的要求，一是传输速度要快，即网络通信速率要高，二是响应时间要短，响应时间可由个方面决定：仪表或执行器控制中断的能力；信息在通信协议的
7、应用层与物理层之间的传输时间；等待网络空闲的时间；避免信息在网络上碰撞的时间。3、较强的可靠性和安全性。对于工作在环境恶劣的工业生产现场的通信网络，必须解决环境适应性问题，它包括电磁环境适应性、气候环境适应性、机械环境适应性。而安全性要求则是指网络传输媒体上所传输的能量要小，在正常工作或出现故障时，均不致引发灾难事故。4、总线供电，即工业现场控制网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现场设备传输工作供给电源。这主要是从线缆铺设和维护方便考虑，同时总线供电还能减少线缆，降低布线成本。正是由于以上特点和特殊性，目前现场设备层网络主要由低速现场总线网络组成。第二周至第三周（3.19-3.31）经过上周
8、的理论学习和现场实践，我已经基本掌握企业中各系统控制的基本要求，接下来两周，高工将对我进行网络系统控制的发展过程、基本控制类型、基本工作原理等专业知识方面的德 州 学 院 实 习 报 告 纸第 3 页 共 6 页辅导。现场总线的定义、产生背景所谓现场总线，按照国际电工委员会 IEC/SC65C 的定义，是指安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系（FCS） 。现场总线的产生是多方面因素共同作用的结果。首先，现场总线的产生反映了仪器仪表发展的需要。仪器仪表的发展经历了全
9、模拟式仪表、智能仪表、具有通信功能的智能仪表、现场总线仪表等几个阶段。其次，现场总线的产生反映了企业综合自动化、信息化要求。为了适应越来越激烈的市场竞争需要，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）因此，从世纪年代开始，各种现场总线相继产生，其中主要的有基金会现场总线FF、控制局域网络 CAN、局部操作网络 LonWorks、过程现场总线 Profibus 和 HART 协议以及DeviceNet，ControlNet 及 P-NET 等。然而，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，围绕着现场总线技术通过了包含八种总线的 IEC-61158 标准，这个结局表明，在
10、相当长一段时间内多种现场总线将并存，而忽视了与信息网络技术（如 Ethernet 技术）的结合。2、以太网（Ethernet）的简介Ethernet 应用于微型计算机系统商业网络终端。出版了的 IEEE-802.3 标准和 ISO-8802.3标准是相同的。Ethernet 采用星型或总线型结构，传输速率为 10M、100M、1000M 甚至更高，传输介质为屏蔽（非屏蔽）双绞线、光纤、同轴电缆等。3、企业以前不用 Ethernet 作现场总线的原因Ethernet 区别于其他网络（如令牌网、令牌环网、主从式网络等）的重要特点是，它采用的介质访问控制方法一 CSMA/CD(冲突检测载波监听多点访
11、问）是一种非确定性或随机性通信方式。其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络；如果两个或更多的节点监听到网络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长度的时间后重新发送。次碰撞后，控制器将停止发送并向节点微处理器回报失败信息。在网络负荷较高时，Ethernet 上存在的这种碰撞成了主要问题，因为它极大地影响了Ethernet 的数据吞吐量和传输延时，并导致 Ethernet 实际性能的下降。由于在一系列碰撞后，报文可能会丢失，因此节点与节点之间的通信将无法得到保障。Ethernet 的这种
12、CSMA/CD 介质访问机制导致了网络传输延时和通信响应的“不确定性” 。而对于工业现场控制网络，Ethernet 的这种通信“不确定性”会导致系统控制性能下降，控制效果不稳定，甚至会引起系统振荡；在有紧急事件信息需要发送时，还会因报警信息不能及时得到响应，而导致灾难事件的发生，成了它应用于工业控制网络的主要障碍。Ethernet 没有用于现场总线的另外一个重要原因是，作为工业现场智能设备的核心组成部分微处理器，在世纪年代时还处于初期发展阶段，功能简单，数字处理能力不强，不能处理Ethernet 上“捆绑”使用的 TCP/IP 协议。第四周至第六周（4.2-4.23）在经过对现代企业控制系统的
13、发展历程简单学习后，高工下面将重点给我讲解 Ethernet在现代企业控制中的应用。1、Ethernet 进入工业控制领域尽管 Ethernet 是一种随机性网络，但由于其技术比较简单、完全公开，能很快被大家接受，通过不断改进、提升，市场占有率（特别是办公自动化领域的市场占有率）越来越大，德 州 学 院 实 习 报 告 纸第 4 页 共 6 页而成本却越来越低。当网络负荷低于时，Ethernet 网络的响应速度明显大于 Arcnet 网络，但随着负荷的增加 Ethernet 网络的响应速度就急剧下降，而 Arcnet 网络却下降得非常缓慢。这是因为，当负荷轻时，Ethernet 网络的节点发送
14、数据时发生碰撞的概率很低，几乎可以随时发送，而Arcnet 网络则必需要有令牌才能发送，当然没有 Ethernet 网快。但当负荷很重时，Ethernet网的碰撞概率急剧增加，这就象一群人乱哄哄的挤一个门，这群人要完全进入门中，得花费很长的时间。而 Arcnet 则像一群人排队进一个门，其进入速度肯定比前者快。在典型的工业控制系统应用中，通信峰值负荷为 10M Ethernet 的，100M Ethernet 网络中的负荷为 0.5%。如果通过仔细设计，对系统中的网络节点数量和通信流量进行控制，使网络负荷低于 10%，完全可以采用 Ethernet 网来取代 Arcnet 网等令牌网。2、Et
15、hernet 可以用于工业控制现场通信确定性首先，Ethernet 的通信速率增大，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，也就意味着网络碰撞机率大大下降。其次，采用星型网络拓扑结构，交换机将网络划分为若干个网段。Ethernet 交换机由于具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再会发生碰撞；同时交换机还可以对网络上传输的数据进行包过滤，使每个网段内节点之间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。再次，全双工通信又使得端口间对双绞线（或根光纤）上分
16、别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。因此，采用交换式集线器和全双工通信，可以使网络上的冲突域已经不复存在（全双工通信） ，或碰撞机率大大降低（半双工） ，并由此使 Ethernet 通信“确定性”和实时性得到大大提高。通信稳定性和可靠性Ethernet 进入工业控制领域的另一个主要问题是。它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为 OA 领域而设计的，抗干扰性能较差，不符合工业现场恶劣环境的要求，也不具备本安特性和向现场仪表供电的性能。随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定地工作的问题。此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线。对于重要的网段还可采用冗余网络技术，以可以提高网络的抗干扰能力和可靠性。3、Ethernet 应用于工业现场尚需解决的主要问题Ethernet 在应用于工业控制网络时。以下一些关键问题还需要解决。（）Ethernet 实时通信服务质
