浅谈工业以太网在新华过程控制系统中的应用
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TIS是新华集团最新推出的基于网络的智能工业信息化控制系统（Intelligent Industrial Information Solution Based on work）。智能工业信息化控制系统是指在军队指挥体系中，采用以计算机为核心的信息技术设备与指挥员相接合，对部队和武器实施指挥与控制的“人—机”系统。信息化指挥控制系统是一种重要的高科技军事装备，是军队信息化的主要标志之一，其基本功能是实现战场指挥的自动化、实时化和精确化。伊拉克战争实践表明，只有建立并有效使用信息化指挥控制系统，才能最大限度地发挥作战部队和武器装备的综合效能。正因为如此，信息化指挥控制系统受到各国政府和军队的高度重要，发展迅速。为适应联合作战、信息作战等要求，海湾战争后，美军开始建设全球指挥控制系统，以逐步取代原有的全球军事指挥控制系统（WWMS）。建设该系统的目的是为了解决联合指挥控制的互操作性问题，把各军种专用的不兼容指挥控制系统发展成为一个综合的指挥控制系统。GS是实施危机管理和多军兵种/多国联合作战的指挥控制系统。系统最高一级由联合参谋部、战区总部和特种作战部队总部等九个分系统组成；第二级从最高一级网络延伸，组成战区/总部级自成系统的网络；第三级由战区内各军、兵种司令部局域网组成。网络内部可根据需要临时增设用户终端，采用“开放式”系统结构，可实现各网之间的互通。每一个指挥控制系统站都可提供局域网桌面服务，还可起用户接口的作用，用户通过密码进入全球指挥控制系统的应用系统。全球指挥控制系统的软件应用系统分4类：核心系统、通用操作环境（COE）、通用应用软件和应用任务软件。GS将把各军兵种分别建设的烟囱式C4I网络连成高度融合的全球系统，可满足21世纪指战员对一体化战斗空间图像的需求，随时随地为指战员提供战场信息和综合图像信息，能支持用户对图像、部队态势、智能辅助决策、战斗指令、相关装备信息、空中作战指令等信息的互操作和共享。
随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求，新华集团根据多年来在电力、石油、化工、冶金、造纸、水泥、市政工程、环保、交通、铁路等自动化控制领域的成功经验，充分利用网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、组态软件技术、数据库技术、多媒体技术，全面提升分散控制系统的技术水平，不断丰富系统所涵盖的内容。
TIS控制系统主要用于石油、化工、冶金、造纸、水泥、污水处理等市政环保工程中的数据传输、信息处理与控制以及交通运输、公路、铁路、大桥及大气污染等监控。
TIS控制系统最为主要的特点是其控制层为DCS，现场层为PLC，具有分散控制系统DCS的优点和可编程控制PLC的分散性和灵活性。DCS系统的主要特点：功能全；可靠性高；系统开放易扩展；采用了安全可靠的网络通讯技术；具有综合性和专业性、人机对话功能强；管理能力强。PLC系统的主要特点：IO模件成熟可靠，运行速度快，组合灵活；良好的兼容性；程序编制及生成简便。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。
TIS-P600系统主要用于IO总点数在1000点以上、5000点以下的冗余控制系统。TIS-P600系列控制系统的硬件是基于新华数码控制系统的冗余控制单元（XCU）＋模块化的可编程I/O设备；软件是新华TIS-P软件包，集成了组态软件、编程软件、内嵌专业化的控制算法、设备驱动、人机接口、以及必要的调试环境等；网络是以太网连接控制器单元，以太网连接I/O设备。优点是集成、开放、灵活、实用。
TIS-P600系列产品特性：
冗余的新华控制单元XCU,采用32位主处理器
冗余的以太网通讯网路，通讯速率10Mbps/100Mbps
扫描执行周期可达0.25us，网络数据刷新周期可达0.1s
提供了大容量可扩展的存储空间，便于用户应用程序的扩展
高度的可靠性、稳定性 、实时性
集中的，可视化图形组态方式
符合IEC 61131－3标准的应用指令和控制算法
开放的结构，可以同管理级进行通讯
可靠的在线编程、友好的人机界面、方便的在线参数修改能力
具备极强的数据处理能力。交互方便，快速可靠
具备控制器互联功能，可用于分散控制系统
具备远程I/O功能，可大量节省配线成本，传输速度高达2.5Mbps
具备完善的自诊断、信息和报警指示功能
XCU-作为主算法控制器。配置低功耗的工控主机板，扩展两个10Mbps的双网口，装载Windows CE.嵌入式操作系统，运行OnXDC算法与设备控制程序。可冗余配置。每一对冗余的XCU最多可以带4个I/O控制站，每一个I/O控制站配置一块带CPU的双通道以太网接口模件，该接口模件安装安装于CPU总线插槽，每个CPU总线插槽可以安装6块IO模件并且最多可以连接3个扩展I/O总线插槽。
xFES以太网交换机用于TIS系列产品中，作为100Mbps以太网及10Mbps以太网之间的网络互联。以网络交换机模件xFES-1005 为例，其产品规格如下：
符合标准：IEEE802.3 10BASE-T，IEEE802.3 100BASE-TX
协议：CSMA/CD
拓扑结构：星型/树型
端口：5个10/100Mbps RJ-45端口，每个端口均可作为UPLINK口
网络类型：10BASE-T 3类或5类UTP双绞线 100BASE-TX 5类UTP双绞线
LED指示灯：电源指示灯，5个端口的10M或100M指示灯
MAC地址：2K（5口）
交换缓冲区：128KB（5口）
供电： DC24V（双路高选）
运行环境：温度 0-40 湿度 10-90%RH
贮存环境：温度 -20-70 湿度 5-90%RH
TIS-P600系统设计有两层网络，即实时数据网XDET和I/O网路IO。这两层网络都采用工业以太网。为确保实时数据传输的确定性TIS-P600系统配置A、B、C等3条网络：A、B网冗余配置，传输实时数据；C网配置在HMI站之间，传输文件。
TIS人机接口站 （HMI）由工业PC构成，Windows软件平台，运行新华公司的TIS－P软件包。工程师站、操作员站可互为热备用，每台操作员站均可通过授权升级成为工程师站。冗余系统均配备两块工业以太网卡用于实时数据网，使用非实时数据网时还需再配一块网卡。
由于TIS-P600的通讯网络采用了主流商用硬件构成的高速、高性能通讯网络——快速工业以太网，因此使其具有许多优点：
其基于国际标准的开放式通讯网络，兼容IEEE802.3和TCP/IP协议，标准网络结构确保了系统的扩展和升级能力。所有站点均直接与实时通讯网络相连，没有通讯网关，所有HMI、XCU均直接连在冗余的双网上，数据链路安全、可靠。主干网络以及控制器与I/O站之间的通讯均采用TCP/IP协议，相比通讯协议不同的DCS系统减少了协议转换的环节，是目前DCS产品中通讯效率最高的一种。具有每0.1秒钟刷新六万四千点的高速处理能力，十兆位/秒或一百兆位/秒传输速率。