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工业控制范文1
关键词：工业控制系统；信息安全防护技术；问题；策略
1研究工业控制系统信息安全防护技术的重要性
工业控制系统是信息化与工业化的有效融合形成的。目前自动化、计算机及互联网技术的影响下，逐步形成了管理与控制的一体化，增加了工业控制系统的开放性，扩大了运行的范围，因此，需要信息安全防护体系来做好保障。当前，很多工业性的基础设施的控制系统缺乏防护性的措施和保障，工业控制系统的信息安全问题日益突出，互联网在遭受病毒攻击的时候影响大、范围广，造成的损失不可估量。要防止此类问题的频发，就要建立安全防护体系，满足现代工业控制系统的发展要求。做好工业控制系统的信息安全的防护技术工作，树立安全屏障。
2工业控制系统中信息安全防护技术中存在的问题
工业控制系统中信息安全的防护技术刻不容缓，涉及众多领域和重点工程，目前的工业控制系统仍然存在一些信息安全的风险性问题，主要有以下3个方面。（1）针对工业控制系统及其关键基础设施的攻击增多。工业控制系统虽然都会有一定的安全防护体系，但是互联网中病毒的种类较多，且危害性大，病毒在攻击的时候，能够以惊人的方式增加并且导致系统迅速地瘫痪，增加了工业控制系统的风险性，传统的病毒攻击是漫无目的的，但是针对工业控制系统及其关键基础设施的攻击，是具有特定目标的，旨在获取系统中的敏感信息，或者让设施瘫痪导致无法运行。（2）工业控制系统产业生态的良性发展的产业链有待完善。工业控制系统还是采用传统的管理办法，在新技术和新设备的应用之后，随着技术的不断发展，大数据的应用，需要建立更加完善的产业生态系统，才能保证工业控制系统的良性运行，也是后期需解决的问题。（3）工业控制系统和设备存在一些高危安全漏洞。工业控制系统和设备大量暴露在互联网上，也已成为各国工业信息安全的重要威胁和软肋。在互联网上工业控制系统数量增幅尤其明显，增速超过了全球平均水平，工业互联网的发展具有新安全挑战，包括工业互联网平台的安全、工业互联网设备和控制层面的安全、工业大数据安全、工业互联网网络层面的安全等。安全服务能力亟待提升，安全服务市场占有率较低。
3工业控制系统中信息安全防护技术的有效策略
工业控制系统中信息安全存在诸多风险，必须要快速地建立和完善安全防护技术，同时要基于安全需求原则，先进成熟技术原则、分级保护原则、纵深防御原则、动态调整原则来进行构建，提高工业控制系统的安全技术防护能力、管理能力、安全运维的能力，保障工业信息安全，针对上文中提出的各项风险性问题，必须予以针对性的解决，主要有以下几个方面的策略。（1）加强工业控制系统及其关键基础设施的安全风险评估。加强工业控制系统及其关键基础设施的安全风险评估是确保工业控制系统信息安全的前提。识别危害是安全风险评估的重要组成部分，安全风险评估能够为企业提供详细的数据基础，评估在不同环境、不同条件、不同时期的安全的危险性，并确定危害的程度，从而做出与之相匹配的防护措施。督促相关企业建立信息安全防护体系，落实信息安全防护技术和管理措施。安全评估设施包括防火墙，防病毒系统等各种新型的技术，对工业控制系统的安全策略配置和管理进行有效的前提预测和评估，检测目前的信息安全的防护措施是否到位，从而降低系统被侵袭的风险，在遇到病毒攻击的时候，能够迅速地做出反应，保证数据信息的安全，实现防护举措。（2）注重网络安全防护的技术性操作。在网络安全防护中，注重技术性的操作和方法，网络设备要有足够的空间和余地进行大规模的数据操作和分析处理，尤其是在业务高峰期阶段，实现顺利衔接和调整，注重终端与服务器之间的衔接，实现路由控制的安全的访问路径，注重边界访问，访问要在合理的控制之下，实现网络接入，对于那些不明的用户访问要快速地拦截，并迅速定位和查找，建立报警系统，发生严重的入侵事件能够快速地回应。（3）注重应用安全和数据安全。应用安全防护中，提供访问控制的功能，配置访问的控制策略，依据访问控制的程序运行进行登记，设置访问权限，严格控制操作，保护应用的安全运行。数据安全的防护中，要注重数据的完整性、保密性、备份和恢复等，在数据传输的过程中，有贯穿全过程的监管系统，检测数据是否成功传输，是否受到损坏等，发生错误时能够及时地保存数据，在日常的工作中，注重每天备份数据的习惯，保证工业控制系统的数据的完整保护。（4）健全安全风险管理体系。健全安全风险的管理体系，是确保工业控制系统顺利运行的有效保障。建立和完善安全管理制度，制定工业控制系统的安全保障制度和安全策略，明确系统内的安全工作的权责，完善体系就是要针对日常工作中出现的安全问题进行记录，并将普遍性的问题纳入到安全保障管理制度中，督促人员遵守，使操作行为规范化，建立章程和操作流程，构建全面的管理制度和体系。设置安全管理的专门机构，明确各流程的负责人，以及工业控制系统总体运营的负责人，成立职能部门，并且制定相关的规范，通过量化各流程的安全系数，事故发生率，纳入到负责人的考核中，以此在增加负责人的重要安全意识，注重安全防范。（5）增强信息技术人员的安全防护素质。严格规范人员安全的管理，从其招聘、录用到入职都进行严格仔细的审查，对应的技术岗位要有专业的资格证书，关键岗位要注意系统运行的保密性，增加工作人员的保密意识，定期地对人员开展专业技能的培训和职业道德培训，尤其是要对工作人员的安全认知进行考核，按照规定执行，建立奖惩措施，以此来激励工作人员投入更多的热情在安全防护工作上。（6）完善系统建设和运维管理。完善系统建设的管理，在系统的设计和建设阶段，就要充分地考虑后期的安全防护措施，进行总体的规划，并且协调相关的专家人员，专业技术人员，一线的工作人员进行商讨。根据各方提供的资料意见进行整合，完善在设计和建设阶段的安全防护措施，并同相关部门进行协调，实现互联互通。做好系统的运维管理措施，在工业控制系统中，存在多个技术设备，系统运行，网络安全等方面的运营，需要专业的技术人员定期地对此开展维护工作，进行优化和升级，发现系统在运营过程中存在的问题，及时地修复，避免因为小问题的发生而导致了系统的事故发生，后期的维护也是保证系统稳定运行的有效保障。（7）搭建工业控制系统漏洞检测公共技术平台。要搭建公共技术平台记性检测，建立国家级工业控制系统的数字仿真测试环境，通过实验室测评、现场评估、渗透测试等方式，对工业控制系统进行脆弱性评估，建立系统的漏洞检测和管理的平台，建立漏洞检测的数据库，实现资源共享。（8）提高我国的自主创新能力，研发核心技术，替代国外产品。关键基础设施及其控制系统的信息技术还是依靠国外进口，因此必须加强高端的通用芯片，操作系统等技术的创新，给予国内企业大量的优惠政策和财政支持，研发信息技术装备，大型的SCADA等控制设备和系统，逐步替代国外产品，实现国内的首用。（9）提升安全服务能力，增加安全服务市场占有率。对于进一步做好工业信息安全工作，要继续对行业企业深入开展安全检查评估，要构建全国的工业信息安全态势感知网络，要推进国家应急资源库的建设，要健全风险共享和信息通报的体系，要完善安全共能力，要强化产学研用合作等。
工业控制范文2
LMT057DNAFWU-AAN有两种接口提供给MPU使用，分别为并行接口与串行接口。时序搭配是液晶显示模块应用的基础，如果时序没有匹配好，液晶显示模块不会很好的工作，模块也是如此。一般来说，与MPU主机相比，液晶显示模块属于低速的外设，所以在与计算机连接时，双方的时序搭配尤为重要。这里推荐两种并行接口电路。
直接访问方式的接口电路
MPU使用总线方式与LMT057DNAFWU-AAN直接连接，8031数据口P0口与模块的数据口连接，由于LMT057DNAFWU-AAN接口操作适用于Intel8080时序，所以可以直接用8031的／RD、／WR作为模块的读、写控制信号，模块的／RESET接RC复位电路。／CS信号可由地址线译码产生，这里仅简单地通过反向器接至A15。A1信号由8031地址线A8提供，A8=0为指令包入口地址；A8＝1为状态寄存器地址(如图1所示)。
间接控制方式接口电路
间接控制方式是MPU通过I／O并行接口，按照模拟模块时序的方式，通过软件编程的方式间接实现对LMT057DNAFWU-AAN的时序操作。该方式能够很好的回避MPU和模块接口之间的时序差异。根据液晶显示模块的接口信号要求，需要占用MPU的12位并行接口，我们将8031的Pl口作为数据总线。P3口中4位作为／RD、／WR0、A1、／CS信号(如图2所示)。串行接B方式及指令操作特点
MPU还可以利用LMT057DNAFWU-AAN提供的串行接口与计算机系统实现远程通讯和最小线连接，占用计算机系统资源最小化。
LMT057DNAFWU-AAN的串行接口是标准的RS232接口形式，在模块内部电路专门为RS232接口配置了MAX232接口IC，使得模块能够直接与计算机的9针标准串行通讯接口连接。
工业控制范文3
病毒、木马、蠕虫是针对计算机编写开发出来的程序，具有强大的破坏性。一般来说普遍工业的控制网络是物理隔离的，但是控制网络的封闭性正好为病毒的发展提供“温床”，这些病毒可以通过U盘或者硬盘传播进入到控制网络中，例如蠕虫病毒，感染后会进入信息层的PC机和服务器，并且依靠网络开始传播，而一些网络的设备也就受到影响，例如交换机、路由器等。通常只有依靠重启路由或者重新配置访问控制列表才能解决。而蠕虫病毒入侵可能直接导致使上层的信息层流量进入工业以太网，导致网络超载。而控制层的很多计算机终端也是直接与工业以太网交换机相连的，终端如果感染病毒，工业控制网络由于缺乏有效的防护和杀毒软件，导致病毒蔓延，最终导致全网络瘫痪和数据毁坏的结果。
2黑客入侵的问题
黑客入侵并窃取资料是大部分企业网络最头痛的问题，在工业控制网络中，网络结构主要以集线器为媒介，并将信息数据包向全网络节点扩散。信息的来源包括：过程量转换器以及装在工业控制现场的PLC等，一般来说，这些设备发送的数据量比较少，经过封装后在工业控制网络中循环发送。而黑客只要用嗅探器就可以进入到工业控制网络底层，并在系统未发觉的过程中截获部分信息，返还给普通的PC电脑进行数据分析和处理，得到有效的资料。这是由于工业信息传输过程未经过加密操作，而交换设备对端口不具备保护功能以及网络安全监控不到位导致的。
3工业控制网络的安全防护措施和建议
3.1采用智能交换和合适的网络结构
如图1所示，是网络拓扑结构，其工作原理是采用智能交互，控制大部分信息和数据的传播范围，并且可以针对端口安全进行一定的保护，保证控制信息具有保密性。
3.2采用访问控制列表技术
访问控制列表（ACL）技术是一种包过滤技术，即把检测数据包的源地址、目标地址和端口号，最后判断数据包安全性以及能否通过。具体控制如：安全套接层(SSL)将所有外网流量进行加密管理，并限制访问交换机的条件是浏览器的图形用户接口；登陆802.1x和RADIUS网络的条件是端口访问，最后源端口只能根据特定的端口进行通信。
3.3采用流量控制技术
通常网络出现病毒时，网络一般会出现超载的现象，即出现异常的流量和下载，网络瘫痪也是由于过多垃圾数据下载。而采用流量控制技术可以将端口流量限制在合适的值，避免出现异常，例如采用华为以干扰为目的的流量控制设备，一般使用于网络旁路，通过复制经过的数据包通过干扰口进入网络，而根据具体情况，发出干扰源地址或者目标地址的信号，欺骗干扰数据包，调整自身的TCP窗口大小，最终达到控制流量的目的。
4结语
工业控制范文4
投射式电容（P-CAP）触控技术是工业触控领域中的主宰技术，P-CAP技术还被广泛使用在大量的手机和平板计算机上面引人注目的设计能力推动我们迈向成功之路，包括高效无限生命周期（透过防破坏全玻璃表面实现）、全平面设计（无需使用凹槽）以及优良的灵敏性。此类功能对工业控制应用同样具有吸引力。消费者市场中的销售量可降低成本，但会推动研发投资，从而促进功能的实现，其中部分功能同样适用于工业市场。比如力量识别（Z轴侦测）和手势识别。
高灵敏性
根本而言，P-CAP触控技术（比如PCT和MCPT）的关键属性是高灵敏性。它可透过非常厚的覆盖物、保护玻璃、甚至厚实的手套侦测到触控操作，因此可实现无可匹敌的Z轴灵敏性和控制效能。
比如，澳大利亚整合者APC Technology推出的坚固平板计算机利用Zytronic旗下ZyBrid触控传感器的防潮和抗污属性来提供卓越的可靠性和显示清晰度，同时可在不同天气条件（从明亮阳光到暴雨天气）下抵抗多种污染物。触控传感器可轻松满足一般工业、制药和食品加工行业应用的严格要求。反过来，透过这一灵活性，FT系列可用于一系列不同的严苛环境，包括生产和组装线、冲洗区、食品生产和畜牧管理区。以PCT为主的ZyBrid屏幕具有无限触控生命周期并可实现无偏移操作（可免除重新校正），从而可进一步提高FT系列的卓越可靠性。
P-CAP搭载采用优良设计的触控器，可提供可靠且直观的触控体验，可精准回应最多40个触控点。虽然诸多仪器设计者认为用户一次只会用一个手指触控屏幕，但是多点触控功能仍然可带来优势。比如，平板计算机用户普遍使用的缩放动作等手势识别，就依赖于多点触控识别功能。手掌拒绝（屏幕忽略放在屏幕上的手，但是仍然识别并响应有意的触控操作）的实现，同样需支持多点触控。
最佳触控技术在严苛应用（配备保护玻璃以及甚至穿戴手套进行操作时）中可实现优良运行效果。比如，加拿大的铁路行业数据收集硬件供货商Quester Tangent在高级故障识别监控系统（FIMS）中使用客制Zytronic触控传感器，透过该系统，可实时收集数据，可编译有关单台或多台火车的详细故障信息。
由于传导性感测组件受到坚固强化玻璃的安全保护，因此传感器（基于10微米铜基体）可高效抵抗刮伤、冲击力、振动、刺激性化学物质以及极端温度。这意味着相比于替代触控技术，Zytronic旗下P-CAP传感器相对于严苛应用环境的适用性要高得多。此外，由于其无需使用凹槽，因此可实现实用、全玻璃、穿戴手套操作以及全平面设计。
力感测
另一项目前较少用于仪器用户接口但具备巨大潜力的发展是力感测。触控屏幕的一个常见缺陷为：当使用者望向别处时，其不能像机械式按钮一样提供回馈。透过使用力量识别，在轻微触控屏幕时，口头讯息可警告用户注意所选选项。选择可透过更用力按压进行确认，打个比方，当用户的手指在屏幕上移动时，仪器会发出（温度）、（压力）或（时间）的声音。手指到达正确选项所在位置后，透过用力按压即可进行选择。此外，透过这一方式，还可为弱视使用者提供便利。
将手持式装置的力感测技术扩充到商业和工业应用的更大型触控屏幕，远不止是简单地扩充相同的技术。大多数智能型手机使用的电容传感器整合在显示屏幕中。如果扩充至使用大屏幕，这一方法将产生高额费用，而且这一方法与一体机通常安装的保护玻璃以及公共场所中使用的其他触控屏幕不兼容。
Zytronic的方法基于对触控区域表面积的测量，该测量值可以改变在传感器相应触控位置测得的电容讯号电平。透过这一方法，无需在玻璃上使用压电层或其他层来测量施加的力或压力，并且意味着该技术甚至可以在厚的、刚性的和防破坏的强化玻璃面上使用。
改善电磁干扰（EMI）抵抗性
电磁干扰（EMI）是应用于工业环境的触控屏幕系统的常见问题。同样地，部署于电源不一致或稳压情况欠佳的区域中的触控屏幕，亦会受到电源电缆产生的瞬态干扰的影响。这会导致触控屏幕及其控制电子组件在从周围噪音中识别讯号（或触控操作）这一点上出现故障，即降低讯号杂音比，从而不利于识别真实触控活动。
对触控器中所采用的电子设计和触控侦测韧体所做的主要改进，可确保讯号完整性保持在较高水平。P-CAP触控技术具备微细电容器X-Y矩阵（内嵌于夹层玻璃基板中），使用调频来侦测传导路线中的微小电容变化。抵抗EMI的一个方式为在触控器中实施「智能频率扫描功能。工作频率在1.3MHz和2.5MHz之间动态移动，以便避开侦测到的环境（噪音），这些噪音会阻碍触控活动的侦测。
1 区应用（危险和爆炸性应用）
设计得当的触控屏幕甚至可用于危险和爆炸性（1区）应用中，比如油井设备。Smart-Ex终端机可让钻探设备的操作员收集和分析数据，依赖于易于使用的坚固人机接口（HMI），可快速检视、了解重要信息，并依据此类信息采取措施；结合高隔离性从而使终端机中的电气硬件不会与外部的潜在可燃气体和液体相接触。所选触控技术可实现无故障全天候室外操作、可抵抗腐蚀性盐水和油，并可在使用者穿戴厚实工作手套进行触控操作时做出回应，这几点都是非常重要的。
Zytronic的专属自电容式触控感测技术，会感应这些电容器中的已知频率（约1MHz），当使用者的手指接近触控屏幕表面的相应部分时，这一频率反过来会被使用者的人体电容所改变。透过内嵌于相连触控器韧体中的精密算法，峰值频率更改的位置会被更新。此种触控侦测方法具备如此高的灵敏性，从而促使PCT传感器矩阵可内嵌于厚实的层压保护覆盖物中。另外，使用者还可透过驱动程序轻松微调韧体，以调整触控灵敏性和门坎值侦测等级，从而使屏幕可根据应用要求对最轻微的触控或充分的手指压力做出回应。此外，它还支持穿戴厚实手套进行操作，针对室外和工业应用实现高度优化。
玻璃改进
随着材料技术的改进，可生产出纤薄、轻质但非常坚固的玻璃。最新的一项发展是在玻璃中融入抗菌组件，从而确保玻璃表面上的细菌会消失而不会繁殖。Zytronic已与Corning合作，以使用其独特的Antimicrobial Corning Gorilla Glass作为安全、无毒的显示保护玻璃用材料，此款玻璃是首款在美国环保署（EPA）注册的抗菌保护玻璃。此款玻璃包含银离子组件，该组件介质可大幅降低细菌的繁殖能力，从而有助于确保玻璃的清洁度。此外，Gorilla Glass坚固耐用，可抗刮伤，因此出现裂缝的可能性较低，从而降低细菌繁殖的机会。抗菌介质不会影响玻璃的卓越光学清晰性。对于外部或无人看管的触控屏幕应用（可能需提高刚性和耐冲击性），Zytronic可迭层化学强化Antimicrobial Corning Gorilla Glass覆盖层和更厚的热强化后玻璃，以制造具备卓越耐冲击性的ZyTouch传感器。
Antimicrobial Corning Gorilla Glass将享有盛名的抗破坏性、光学清晰性和触控灵敏性优势相结合，在制造配方中融入抗菌属性，以有助于确保触控表面无污点和异味（可导致细菌的滋生），而这一效能在显示屏幕的整个生命期间均可实现。
设计约束
工业和其他仪器设计中，空间通常非常珍贵。如果可最大程度地降低触控器的大小，将会带来明显优势。因此降低PCB大小和提供控制器芯片组都是至关重要的，以便设计者可考虑将触控器嵌入至现有的系统主板中。
工业控制范文5
关键词：PLC技术；控制应用；工业发展
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0075-01
PLC技术全称为可编程控制器，在现代化的工业发展过程中受到有关技术工作人员的青睐。PLC技术在工业控制过程中主要是通过可编程存储器进行一定的逻辑运算，然后利用计数等操作指令将有关的指令和任务通过数字量和模拟量输入，达到对工业机械的自动化控制过程。
1 PLC技术的控制方式
我们初步了解了目前PLC的基本概念、构造以及工作原理等，下面笔者主要来探究PLC技术在工业控制中的主要控制方式。
1.1 开关量的控制
开关量的逻辑控制在目前工业领域中应用较为广泛，并且是PLC技术控制的最为基础性的范围。开关量的逻辑控制作用主要替代了传统的继电器电路，通过开关量的逻辑控制，能够实现控制技术既能够在单台设备上实现有效的逻辑、顺序控制；还能够使得控制技术有效的应用于工业流水线等多台设备的控制操作。
1.2 模拟量控制
PLC在工业模拟量的控制过程中，主要通过A/D转换使得PLC能够对模拟量进行控制和操作，在工业化生产过程中，一些可变的温度、不确定的流量控制等，PLC的模拟量控制能够发挥较好的作用。
1.3 运动控制
在工业化生产过程中，流水线工程常常会有许多自动操作的工业机械，而这些机械之所以能够实现系统有序的操作和运动，主要是借助于PLC技术。可编程控制器能够对机床的直线运动实现较为有效的控制，在流水线的生产上起到了关键的作用。
2 PLC技术在工业控制中的应用
前面我们对当前PLC技术在控制种类上进行了简单的分析和探究，可以看出目前PLC技术在工业生产和流水线生产上发挥了非常重要的作用。下面笔者来分析和研究PLC技术在工业控制中的应用问题。
2.1 在恶劣环境下及载波信号应用
在进行工业生产过程中，往往都需要相关设备和技术具备较强的抗逆性，大多数的工业生产环境极为恶劣，可能温度非常高，或者产生大量的杂质等，很容易对一些精密设备产生严重的影响，导致机床等工业设备出现问题。而PLC技术之所以能够在工业控制上发挥出如此优秀的效果就是基于它超强的抗逆性，可编程控制器对于一些磁性环境、高温高压环境等都有较好的免疫效果，并且能够长时间在这些极端恶劣环境下运行发挥作用，保证了工业化生产的稳定性和可靠性。
目前PLC技术在载波信号的传送上有着非常好的应用前景，过去载波信号大多无法通过数字信号来进行处理产生，受限于硬件设施的技术要求，传统载波信号大多采用分立元件以及电路芯片综合作用来产生。
2.2 应用上实现了快捷方便
在工业化生产和发展过程中，相关技术更加人性化、能够简单操作也是非常重要的问题。如果自动化控制技术需要高端专业人才来进行操作研究，那么很容易造成企业人才不够的现象，并且也在一定程度上增加了企业的成本。
而PLC技术在操作上以及相关工作上都是非常简单方便的。在进行工业程序的修改等过程中，工作人员只需要对继电器编号进行搜寻即可。同时可编程控制器也有着自己的编程语言和功能图表，在进行工业自动化控制过程中，可以通过功能图表实现。
工业生产需要对设备的故障进行定期的检修和维护工作以保证设备的稳定运转情况。PLC在工业设备的故障检修和控制过程中能够对设备的故障进行准确定位，同时将所定位的信息数据转换为故障代码，将故障代码直接传送到工作人员控制中心当中，工作人员通过对故障代码的分析就能够准确的找到故障发生的具体地点以及具体原因。
2.3 PLC控制网络技术在工业生产中的应用
目前网络发展非常迅速，PLC控制网络在工业化生产过程中也有着较好的应用前景。尤其是现场总线这一技术，现场总线具备较强的数字通信能力，在工业设备的生产和发展过程中，将具备现场总线控制能力的设备赋予一定的能力，使其成为控制网络的节点所在，通过一个个控制节点之间的相互联系作用，使其形成了全面系统的控制网络，进而将整个工业生产成为一个整体，从生产前期的产品开发、采购到进入市场都能够实现一体化。
2.4 灵活应用
可编程控制器在工业控制中既能够功能模块图对程序进行一定的编程和操作过程，同时也能够通过布尔助记符等实现操作和控制，换句话说PLC可编程控制器自身的多种不同编程语言能够相互之间发挥较好的作用，工作人员只需要了解相应的一种编程语言就能够有效的对工业设备实现控制，实现了对工业控制的灵活操作。
工业控制范文6
关键词:ZigBee CAN 工业控制 现场总线
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0026-01
随着工业控制的发展,工业自动化已经渗透到工业控制的各个角落,同时在控制过程中,对实时获取节点数据,以及节点数据接口的开放性、标准性,数据传输过程的安全性等要求进一步提高,控制节点的有线控制网络的局限性也就越来越突出了。随着无线技术进一步为公众所接收,其应用的范围也在日益扩大,尤其在工业过程控制领域,由于无线技术的应用,解决了有线技术由于投资成本及环境限制未能实现的功能,提升了过程控制精度,为工厂管理带来极大的方便。ZigBee是在2004年12月,由ZigBee联盟在IEEE802.15.4低速无线网协议基础上提出的。该标准下的短程无线网技术以其数据传输安全可靠、组网灵活、电池寿命长等优点,在工业控制领域中有着深厚的发展潜力。CAN(Controller Area Network)总线是ISO国际标准化的串行通信协议,其高性能和可靠性已被认同,并在工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面广泛应用。
1 ZigBee的技术特点及优势
1.1 ZigBee技术的特点
ZigBee标准包括IEEE 802.15.4协议制定的物理层(PHY)和介质访问层(MAC)标准,以及在这之上由ZigBee联盟制定的网络层和部分应用层标准,它的技术特点主要包括:低功耗:在低耗电待机模式下,两节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。而蓝牙可以工作数周、WIFI可以工作数小时;低成本:通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元;低速率:ZigBee工作在20kbps～250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求;近距离:传输范围即相邻节点间的距离,一般介于10m～100m之间。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。
1.2 ZigBee技术的应用优势
在工业控制中,设备之间的数据传输要求高可靠性,以及工业运用的实时性也要求数据传输的实时性,同时,在运用中也尽量要求设备组网能更加智能,更加灵活,以降低工业运用成本。
传输可靠性:ZigBee协议符合七层网络结构,在IEEE802.15.4定义的物理层和子层协议规范基础上,继续定义了网络层和应用层,在应用层中规范了应用支持子层和设备对象。此外还有类似空闲信道评估(CCA)、链路质量指示(LQI)等技术保证了数据传输的可靠性。
实时性和组网灵活性:ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。
2 CAN总线的特点及优势
2.1 CAN总线的特点
CAN总线协议是以国际标准组织的OSI开放系统的7层模型为参考的,并在该标准基础上改为模型结构仅为3层,即只保留了OSI的物理层、数据链路层和应用层,这保证了节点之间数据传输的低差错。
CAN总线是两线结构,即为差分形式的物理结构。也就是说,CAN总线上使用“显性”(逻辑0)和“隐性”(逻辑1)两个互补值来表达逻辑。高速CAN总线最快数据传输速率能达1Mbps,此时有效通讯距离为40m,当速率降为5kbps时,有效通讯距离能达10km。
2.2 CAN总线的应用优势
CAN总线协议支持多主机的工作方式,即任意节点可以在任何情况下主动向网络上的其他节点发送信息,这种方式将在工业控制中发挥巨大的灵活性,在协议层面上支持了控制现场的实时响应能力。此外,CAN总线协议也有着良好的仲裁机制,该机制保证了既不损失报文又不损失时间。
3 ZigBee和CAN总线技术的应用
在现代工业控制领域,对现场无线化的需求也进一步加大,所以使用CAN总线技术和ZigBee技术的结合,运用到一定范围内的工业控制现场,是一个很好的方式。
网关主要由CAN收发器、CAN控制器、ZigBee模块以及负责协议转换的控制器组成。CAN收发器和CAN控制器分别采用TJA1050T和MCP2515等芯片,可以满足大部分现场要求。ZigBee控制芯片采用德州仪器(TI)的CC2430,该芯片结合了一个高性能的2.4GHz直接序列扩频(DSSS)射频收发器核心和一个高效的8051控制器,在保证有效运用的基础上可以很好的实现低成本和低功耗。由于CAN总线与ZigBee通讯的传输速率和传输方式不尽相同,所以为保证两者之间的数据传输的同步性,也为保障系统的稳定性,一般使用譬如高速SPI等高速协议作为转换控制器。
4 结语
在实际工业现场对ZigBee和CAN总线技术的搭配运用中,体现了很好的灵活性,也大大降低了工业控制现场的管理成本,同时也提升了控制的效能。同时也可以看到,在该方法的基础上,为了能适应更多的控制场合,可以在总线技术上作灵活替换,以得到实现成本与控制效能的最佳结合点。
参考文献
[1] 王秀梅,刘乃安.利用2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计[J].国外电子元器件,2005,12(3):59～62.
