l 引 言

基于现场总线的控制系统(FCS)近年来得到了迅猛的发展，正在逐步取代集散控制系统。这被称为工业控制的第3次革命。为实现真正意义上的分布控制，通过微处理器的嵌入，测量仪表和控制仪表已逐步成为实际上的计算机单元。这些计算机单元之间，它们与上层的监控计算机之间，以及企业管理级计算机之间要进行的数据和信息的交换就形成了实际意义上的工业计算机网络（图1）。伴随着计算机技术的发展，尤其是嵌入式技术在工业领域的大规模应用，工业控制的计算机网络将越来越庞大，结构将越来越复杂。

一个完善的网络管理系统是计算机网络能够可靠和稳定运行的保证。同时，好的网络管理系统还能够对网络的性能进行及时的分析，保证了网络的高效运行。这两点对于工业控制系统尤为重要。

2 问题的提出

图l是基于FCS的工业企业网络的基本结构模型。

目前在工业控制领域，过程级和现场级之间的总线协议尚未形成统一的国际标准，企业级与过程级之间的以太网管理也处于一种各自为政的状态，不仅网络管理协议没有采用国际标准，其上运行的系统也不统一。这种状况会带来以下主要问题：①整个网络系统的稳定性和可靠性得不到保障；②系统的性能不能得到最大限度的发挥；⑨不利于系统的维护和扩展；④许多基于以太网的先进技术不能得以及时运用：⑤不能充分利用Internet资源。Internet只成为一种企业事务管理的工具，而未能将其扩展至工控领域；⑥过程级对企业级所提供的服务只是对查询的支持，而且不具有实时性；⑦企业级对生产过程基本不具有控制能力，不能对生产过程的信息进行全局性实时性的分析；⑧对过程级的工控微机和生产级的监测控制仪表设备进行统一的监控和管理存在困难。

3将网络管理和Java运用于工业控制

3.1 网络管理与工业控制

网络管理是控制一个复杂的计算机网络使它能够稳定、可靠和高效的运行的过程。网络管理系统是由一系列软件组成，提供多种网络管理功能，包括网络监测、数据采集、网络性能分析、系统维护和网络设备控制等。

网管技术已经非常成熟，有完善的协议，有信息模型描述手段和开发工具，用网络管理思想进行工业计算机网络的管理和控制，具有标准化程度高，开放，容易实现等优点。利用Manage-Agent模式，采用层次型网络管理系统，可以较为有效的解决目前工业控制领域中的计算机网络管理中存在的问题。

(1)利用网络管理的失效管理功能可以对网络中的问题和故障进行定位，包括及时发现问题、找出问题原因、自动修复（如有可能）。例如一个设备在与另一个设备进行通讯时突然通讯中断，设备可以将故障报告给网络管理系统。网管系统立即分离由于该故障可能导致的问题，使相关设备运行于安全模式，以防止故障继续扩大。同时网管系统还提供一系列工具用于查找故障点，并在有可能的情况下对故障进行修复。这样就很大程度上提高了整个系统的稳定性和可靠性。

(2)利用网络管理的安全管理功能可以保护生产过程中的重要参数和重要信息。例如对于参数报警值，控制器调节参数等进行限权访问，可以提高系统的安全性。

(3)配置管理可以方便地获得整个系统中设备的配置情况，并且能够远程修改配置。

(4)性能管理可以测量网络中的硬件，软件和媒体的性能。这些性能包括：网络吞吐量、设备运行情况、设备利用率、错误率、响应时间等，并提供当前最佳运行参考方案。

(5)利用配置管理和性能管理，企业级管理中心通过过程级工业微机甚至可以实现远程启动／关闭现场的测量和控制仪表或修改配置、运行参数和控制参数等。配置管理和性能管理通过对网络和设备的统一管理可以使整个控制系统工作于高效和良性状态，而且加强了企业级对生产的控制力。

目前的网络管理系统主要基于SNMP和CMIP这两种网管协议，工业控制中的网络管理协议应当采用CMIP。SNMP是基于TCP/IP网络的简单网络管理协议，由于它功能单一，一般只支持简单的查询，存在监测网络困难和完全没有提供安全性保证的缺陷，也不适应工业计算机网络管理中需要的控制功能。因此不适用于对安全和监测要求很高的工业控制领域。CMIP是基于OSI的网络管理协议，支持复杂的信息模型，具有完善的管理功能和安全性，它为所有设备在OSI参考模型的每一层提供一个公共网络结构，即为所有网络设备提供了完整的网络管理协议族。目前主要的总线协议如LonWorks等都基于OSI，这为在现场级实现网管提供协议上的保障。CMIP还提供建立一个完整的网络管理方案所需的所有功能。CMIP包含两个OSI的应用协议：联系控制服务元素ACSE(As-sociationControl Service Element)和远程操作服务元素ROSE(Remote Operations Service Element)。这两个协议可以很好的解决工业控制中远程控制和监测的需要。

在开放的异构环境下，为实现网络管理的无缝集成和互操作能力，需定义与协议无关的通用信息模型和规范化信息结构。目前采用的是ISO ASN.1(详见X．208,X.209)和GDMO (X.722).

3.2 Java与工业控制

JAVA被称为网络语言，具有适用于网络管理的良好的安全性，网络性等特征。JAVA的与平台无关性，鲁棒性可以很好的解决在PC机上开发的控制程序向工业控制机移植的难题。其良好的编程界面和面向对象(OO)的特征，极大的缩短了开发的周期，降低了开发难度。利用JAVA的移动代码技术不仅可以实现对参数（变量）的远程控制，而且可以将现场的控制器上的程序进行远程编辑、调试和实时的动态修改JAVA具有良好的可扩展性，提供与Internet的接口。利用Java和网络管理技术可以实现基于Web的网络管理，可以将工业控制延伸到Internet的范围，使基于web的工业控制成为可能。利用嵌入式技术，Java芯片可为Java和网管在实时控制领域的应用提供了硬件上的支持。

基于SNMP或CMIP网管协议，TMN(电信管理网)利用Java实现了网络管理，为工业控制领域提供了经验和借鉴。

4实现示例

4.1问题背景

以下以电力生产中的锅炉监测和控制的一部分实现为例。

在电力生产中企业级能够对过程级的工控微机和现场级的设备（包括监测仪表和控制仪表）的运行情况进行实时监测和分析，并可对设备参数、控制参数等进行修改，如对报警值、上下限进行设置。同时，还可以企业的工业计算机网络中的设备进行基于Internet的远程控制。我们利用Java和网络管理技术对以上要求进行了实现。

4.2系统功能

采用层次型网络管理系统模式，实行企业级和过程级两级网络管理。

4.2.1企业级管理中心的网管功能

(1)能够开启／关闭和监测过程级工业微机，对其故障报告进行分析，对其配置进行远程修改。

(2)能够开启／关闭和监测过程级工业微机及各网络设备，对整个网络运行情况进行分析。

(3)能够通过过程级远程开启测量和控制仪表，具有对经过程级工控微机处理的锅炉汽包温度，汽包压力，汽包水位，汽包给水流量等参数进行全局实时分析，对各参数的报警值进行远程设置的能力。

(4)能够作为基于Internet生产管理指令的接口。

4.2.2过程级工业微机的网管功能

(1)对现场的控制设备（给水控制器，温度控制器，压力控制器等）的控制参数进行远程设置，对测量仪表（温度，压力，给水等）的报警值进行远程设置，并对这些设备的运行状况进行监测，对这些设备的故障报告进行分析。

(2)对现场级的网络运行情况进行监控，并对网络故障进行分析。

(3)对企业级网管提供服务和支持。

4.3系统网络管理结构框图

系统网络管理结构框图如图2所示。

4.4对象描述

GDMO对被管对象的描述如下：(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系统的MIT组成树

系统的mit组成树如图3所示。

4.6系统运行结果

经测试，本系统运行效果良好。图4为系统运行中的一个ControlManager的CRT输出。

5结束语

目前利用网管和Java技术完全实现基于Internet的工业控制还存在一些问题，如采用TCP/IP协议的Internet的不安全性使基于Web的实现还有一定困难，而且基于Java的嵌入式芯片在工业控制领域的应用还不广泛。但有理由相信随着IPV6的推出，网络安全技术和嵌入式技术的进一步发展，Internet将成为人类社会的基础信息平台。基于Internet通过Web监控生产管理，将真正打破企业生产自动化管理的封闭模式，使之不再受地域的限制。网管技术和Java技术与工业控制相结合将有助于这一目标的实现。

 

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