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发信人: xiaoxiang (浪子潇湘), 信区: Control
标 题: 综述：自动化控制系统的新纪元——以太网取代现场总�
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月27日23:28:35 星期天), 站内信件
李新华
自动化控制系统的新纪元 : 以太网取代现场总线
---- 新一代控制系统: JetWeb
---- 德国Jetter AG 李新华
北京德宇技术服务有限责任公司
1 工业自动化技术发展的新需求:
工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的
连接越来越高速化紧密化。更多的是系统细分成了独立的控制孤岛。对驱动器和用户接
口的需求越来越多。而无论如何传统的可编程控制器PLC却不适合系统拓扑结构的分散化
需求。
从传感器到主控制器，数据的传输必须经过不同的CPU和驱动软件，其结果是传输速
度低，缺乏透明度，软件和维护费用高。
任何时候一个控制器与系统中任意其它的一个控制器进行数据通讯是不可能的。无
论是单一的主从式还是令牌总线式结构系统，在这两种系统中，实时高速的数据传输不
能达到，更不必谈及编程开发与维护了。
最困难的是组合的垂直与水平的数据通讯。例如: 控制器A从与控制器B相连的远程
I/O获得数据，通常这对于实时通讯的控制几乎是不可能的。
对于若干个控制器的集成，通常没有一个广泛的逻辑上的实体单元。所有控制器孤
岛独立的运行，而数据交换仅以一定的速度进行。
每个控制器管理一束独立的数据，全球的数据不存在。
上面的阐述说明传统经典的PLC和现场总线技术已不适合这种要求。即使是像工业P
C, OPC和以太网技术，只要它们被镶嵌在传统的系统结构中，也只能是对系统的功能作
些边缘性的提高。传统的PLC编程语言已不能适合现行的控制系统的要求，其结果是对软
件需求的增长。
结论: 因此，为减轻繁重的编程工作和达到系统的简单化，需要对系统的结构作变
革。
2 JETTER AG的新产品:JetWeb ----
JetWeb 是JETTER AG 为用户提供的从步进电机，伺服电机到 Process-PLC 及 从简
单到复杂的基于 IPC 的人机接口的一整套自动化控制系统。它是融现场总线技术,100M
以太网技术,CNC技术，多轴联动控制技术
( 到8轴 ），PLC技术，可视化人机接口技术和全球化生产管理技术为一体的工业自
动化控制系统。同时具
有广泛的兼容性，可兼容第三方自动化控制产品。它可广泛运用于半导体，汽车，
机械制造线，机器人，机械手表制造，门窗加工，纺织包装和印刷等行业。从以太网到
传感器，它是目前工控界唯一并且最先进 最超前的取代所有多层现场总线结构的总线结
构，在国外被称作给工控界带来一场革命并开拓了一个新纪元的技术。若用户采用这种
系统结构将受益无穷。凭借其最新产品:JetWeb,JETTER AG 这方面作的大胆尝试，
结果意义重大:
整个过程或系统被看作为一个逻辑单元，甚至是一个独立的控制器。
过程清晰的流程图编程语言，各层透明，编程方便。
由于类似INTERNET的网络结构，对数据的实时传输不需编程。不需考虑网络的各层
概念，而只形成为一个层，去除了CPU的瓶颈效应。
对用户仅有一束数据和一个程序，所有数据在网络中仅需表达一次，网络扮演真正
的服务器。
从传感器到Internet的通讯开放。
从传感器到管理层的直接通讯。
与IT 和 Office办公软件兼容。
与以太网技术100%兼容。
采用以太网技术
对Windows NT, TCP/IP和OPC公开。
可进行整个工厂的联网。
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以太网 - 应用于工业自动化
分布时实时控制的前提及其确定性的概念是一种网络技术，其性能至少要高于现行
的现场总线。这也就是为什么传统的PLC技术不能满足这一要求，现场总线技术不能提供
相关的性能。在所有的网络技术中，以太网技术是至今最理想的选择，它能满足如下所
有要求:
充分考虑今后的发展需要，具高传输速率，目前到100M/S
高传输安全性和可靠性
集线器技术的确定性
几乎不需考虑网络的拓扑结构
传输物理介质:双绞线，光纤，同轴电缆。
集线器的应用可不考虑网络的扩展。
建立一种标准。
与IT连接，"世界标准"的TCP/IP技术的应用。
在整个网络中的随机的网络存取技术。
低成本高性能面向未来的开发。
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系统总线就是现场总线 ---- 网络就是控制器
在实际的产品中，我们不考虑传统的控制器。传统的控制器是由主CPU和子模块通过
内部的系统总线连接在一起， 这在JetWeb中不再存在。在JetWeb中，以太网是控制器的
一部分并作为连接智能控制模块的系统总线;内部和外部的数据通讯在此没有区别，网络
就是控制器。
集线器技术被集成在每个控制器中，通过分配地址空间把内部通讯从外部通讯中分
离开来。虽然如此，无论如何不需通过CPU的瓶颈完成模块之间的数据通讯。更重要的是
，无论如何集线器技术及底层协议的集成，确保了以太网的确定性和兼容性，排除了通
讯的碰撞问题。
以太网系统总线就是现场总线，可连接到每个独立的控制模块。
按逻辑推理分析，分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工
作的网络。整个程序中的各个程序段也通过编译器被分布于各个独立的控制器中。也就
是说每个控制模块处理整个程序中的一部分，这一程序的分布是通过编译器按照最合理
的标准决定的，无论如何它不需要用户确定。 如若需要，那么程序本身能够影响其分布
性。
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图形化编程语言 ---- 流程图
最常用和清楚的过程示图就是流程图。这种图至今为止已被用作程序开发或文件处
理。这一中间的步骤在JetWeb中已消失，程序的编制在流程图中直接完成，允许面向全
厂的过程控制，不需通过一个程序完成转换。
程序编辑器允许将图符和字符混合输入，因此它具有这两种表达方式的优点。流程
图本身能够具备很多理想的特性。在每个图符的末尾可有字符描述其特性。换句话说:通
过双击鼠标每一个流程图块可展开为一个潜在的流程图，这种多层的编程方法确保了其
清晰透明度。
在一工厂的控制系统中，多任务使得编程每一个独立的功能模块成为可能。JetWeb
允许编程的任务和线程不受限制。在流程图被编译成中间代码后，编译器按性能的标准
和网络中各个任务被执行的系统硬件平台的特性来分配个程序段。如若需要，那么程序
本身能够影响其分布性。
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面向目标
面向目标编程意味着一个功能目标只需在系统中被定义一次，这一目标便能在系统
中所有各自的功能块中被应用。如果，例如:目标"servo axis"其功能和特性被定义，同
时整个工厂控制系统包括12个伺服轴，仅其一定义能够满足，各自的定位于是由其名字
而定。
全厂控制系统的模拟与维护
不仅是由一个程序描述整个系统成为可能，既由JetWeb模拟整个工厂，其结果是启
动和调试工作的实质性的减少。程序的执行和调试可并行执行，因此在实际的硬件的执
行上，启动程序基本上被减少。而且通过Internet和Modem在世界上任何地方对其监控也
是JetWeb的一部分。
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3 JetWeb的优点:
JetWeb开拓了一个自动化控制的新时代，摒弃了现行控制系统的局限性，对用户Je
tWeb带来了如下切实的益处:
流程图式的编程语言极大的简化了编程工作。
无限的网络拓扑结构。
实时分布式的通讯与智能控制不需额外的编程工作。
不需额外的初始化与各种总线系统的安装。
机电一体化安装与调试工作大大减少，包括与Internet的连接。
高性能的全厂控制系统。
把一定的部分智能控制集成到一起的新选择。
4. 产品一览
随着JetWeb带给工控界的震动，第一代JetWeb产品已投入工业现场。有两种控制器
家族: JetNode200 和 JetNode600, 一个Soft PLC, 远程I/O模块，用户接口，基于工业
PC的集成于JetLab 的可视化软件包集成于
一个开发环境。他涵盖了整个工控的功能:
数字 I/O
模拟量 I/O
伺服轴
步进电机轴
数字控制器
用户接口
可视化软件
数据库的连接
4.1 迷你型以太网上的控制器 JetNode 200
通常被人们认为是不可能的事现在成了现实:迷你型以太网上的控制器 ,也就是现在
的JetNode 240系统。对
用户他是一个非常适宜的分布式智能控系统
JetNode 200 证明了将迷你型控制器连接到以太网上式可行的。基本单元带 100
Mbit/sec的以太网口16 DI 和8个DO. 通过选用附加的模块，系统能够扩展数字 I/O 和
模拟量 I/O 数字控制器和各种通讯模块。
JetNode 240 基本控制器模块
基本控制器模块
100 Mbit/sec以太网
16 DI
8 DO
2 个扩展的串口
通过 JetNode 200 系列扩展
8 DI
8 DO
4 AI
4 AO
单与双通道计数器
伺服轴模块
数字 PID 控制器
RS 232 / RS 485 / RS 422 通讯模块
4.2 JetWeb 控制器 JetNode 600
没有 CPU 的控制器 - 这可能吗? 以太网作为系统总线? JetNode 600 家族控制器
消除了通讯障碍，铲除
了网络的各个层 ，每个控制器模块通过工厂的以太网可与任何其他模块通讯，而没
有传统的PLC的瓶颈
效应。JetNode 600 系列控制器与传统的控制系统的结构有一些小小的相同之处，
JetWeb 消除了CPU 与子模块甚至与其它的控制器之间的网络级差问题。
为了说明这一点，让我们考察一下传统的控制系统结构，他又CPU模块和各种功能模
块组成，程序在CPU模块运行，同时数据存储在CPU模块上，CPU与其他功能模块的通讯通
过系统内部自己的系统总线，与其它设备的通讯通过现场总线。与更高一级的系统设备
的通讯连接通过卖方自己提供的通讯连接软件。在这种结构中，所有去往子模块的通讯
数据必须通过CPU及其运行其上的驱动软件。而JetWeb, 事情就不一样了，系统
总线与以太网100%兼容并直接连接到控制器，这意味着外部和内部的总线合而为一
，集成一体的集线器技术将内部的控制器与外部的JetWeb网络共享者连接到一起，并确
保其实时性。
由于这种设计，JetWeb集不需要一个CPU也不需要拥有自己内部的一个总线。JetNo
de 600 家族系列由以下部件组成:
机架
集线器模块，具外部和内部以太网口
各种控制器模块，可直接连接到以太网，运行自己的智能软件
其内部与外部的总线没有区别，以太网就是全部的总线
在控制机架上，每个独立的模块在全厂的网络上，其通讯的级别都是相等的，传统
的
CPU,智能与非智能的的模块之间的级差不再存在。所有的整个工厂内部的信息在任
何时候，在每个JetWeb上都是实时可存取的，无需额外编程。对于整个工厂只有一个程
序和一个数据库，网络就是控制器。
无论是同一机架的内部模块之间，无论是独立的网络设备之间，还是一个机架内的
控制器与网络设备之间，这些通讯无区别。JetWeb的这种结构消除了网络的级差，所有
的JetWeb网络的共享者，包括内部的模块，他们全都平等。
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机架 JetNode 602-609
对于 JetNode 600 家族系列，又几种机架分别能够安装1, 2, 4 或 8 个JetNode
640 控制模
块. 这包括一个各自的集线器模块，带1 到3 个外部以太网口
集线器模板 JetNode 611
以太网模块，带一个外部的口和等同的内部口到控制器模块 JetNode 640. 这是一
个带3个
外部以太网口的模块.
JetNode 640
JetNode 640 是一个基础模块，可插入子模块于其中以扩展其功能， 其 性能如下
:
基础模块:
100 Mbit 以太网
CPU, 内存
16 DI
2 个串口
3 各子模块插座
1 个16 DO插槽
子模块:
DO模块
数字伺服控制器
步进电机轴控制器
AI/O模块
数字 PID 控制器模块
通讯模块
计数器模块
通过这种结构，其扩展不再被限制在一个独立的控制器内(CPU, 机架)，而是无限的
，
无论是 JetNode 200, JetNode 600 还是 Soft PLC 可以很容易的被接入工厂的控
制系统内。
4.3 Soft PLC: JetNode Soft
PC 的性能用于 Soft PLC : JetNode Soft. 通过 Soft PLC 的应用, 可实现全厂的
自动化控制，当一台PC 用于网络的可视化软件监控时，其处理器的功能可用于Soft PL
C.
用PC进行控制，即JetWeb, 您可选择是否用作 JetNode 还是用作基于PC的 Soft P
LC: JetNode Soft.依据
其各自的应用，这两种系统可分别被应用也可被混用，依其性能选择最佳。整个工
厂的控制应用可通过另外的系统的应用而得以实现。
很多时候的机械设备已装备了工业计算机作为图形可视化的接口，在这种情况下，
其性能可被应用为 JetWeb Soft PLC。
无论是 Soft PLC 还是 JetNode : 所有这些控制节点的编程和组态都很理想，这给
用户提供了极大的方
便，不需额外的各种各样的编程，从而减轻了劳动和费用。
JetWeb Soft PLC 与 Windows NT 一起运行在 PC 上. 其实时性的特性是通过运行
于Windows NT 上的扩展软件 RTX 实现的。通过这一软件建立了Windows NT 的扩展功能
，兼顾了其实时性，满足
了控制系统所需的实时特性的要求。
RTX已经包含了实时应用部分和 Windows NT 应用部分的通讯功能，这部分应用是通
过标准接口 COM/DCOM
以及OPC 实现的。对于 Windows NT 和 Windows CE 有理想的驱动软件。在一个确
定的网络中，RTX通过其
自己的网板与网络进行连接。
由此使得分布式的智能控制节点之间的实时通讯连接成为可能，而通过Windows 其
驱动软件则不可能，就如
同 Windows 不能提供所需的实时通讯方案一样。由此，RTX 通过一个实时的TCP/I
P层与其他的网络节点通
讯。
4.4 JetMove - 以太网上的电机驱动单元
现在，电机运动过程的控制被集成到了 JetNode. 2000年底，我们已成功的向工业
现场提供了运行于以太
网的电机驱动单元，作为分布式的智能控制节点。如同一台设备，由位置控制，速
度控制，电流控制组成，作为一独力完整的智能控制节点JetWeb运行。
4.5 JetView Soft
JetView Soft - 通过 Web Browser 的可视化人机接口软件
Web browser技术的发展如此迅速以至很快被公认为是在工厂平台上进行信息监控的
一个标准，越来越多
的信息通过Internet 或者Intranet 被公布和发表。这就是 JetView Soft 基于此
的原因:通过Internet ,借助标准的浏览器技术，信息可在全世界范围获得。
JetView-Browser: 具Internet 浏览器标准的图形化接口 ( 图 )
JetView-Editor: Windows 家族面向图形编辑器的动态图形开发软件 ( 图 )
JetView Soft, JetLab 的一部分, 是基于 JetWeb 自动化系统的一部分。其由图形
编辑器生成的图形
部分是基于HTML 标准的， 为此用户可有两种选择:
1. 由网络浏览器生成的图形 （Internet Explorer)
2. 由JetWeb runtime 生成的图形
JetWeb 不需鼠标. 可实现特殊功能，比如安全互锁。
图形编辑器和基于 PROCESS PLC 的JetLink 相比有同样的功能。另外，很多控件
Active X可被集成利用。
动态的网页 WebPage 也可通过VB Script 生成，简单的网页可通过向导程序生成,
VB Script 被插入到 HTML 网页中，VB script 编辑器是JetView Soft 的一部分。
JetView - 用户接口与工业 PC
当我们谈到工业自控不包括操作，监视，和可视化人机界面时，这是不可能的。而
这些功能在 JetWeb 却是非常清楚明了: 在整个工厂的控制网络中，所有的数据在任何
时候对所有的站点皆可存取，不需数
据备份，这意味着在网络中没有隆余的数据存储。从一个用户或者图形接口对整个
工厂的控制系统进行监控非常容易-不需对额外的数据通讯进行编程。
对于JetWeb ,有字符数字型的操作接口，如同图形接口和工业PC 一样。有如下一系
列操作接口可选:
(1) LCD 23, 2 行，24 个字符/行
(2) LCD 110 4 行，20 个字符/行
(3) 图形接口 LCD 17.
开始用户接口被物理的连接到 JetNode 控制器上，进而为通过所连接的运行于以太
网上的设备作为独立的
控制节点直接连接到JetWeb上。
(4) 带触摸屏的 IPC Viaduct
这是一个19吋带机架的PC, 可安装各种触摸屏:智能型，电阻型或者玻璃型。根据所
应用的环境，上述各种
不同的技术产品提供各自的优点:例如，玻璃型，他需要用户比使用其它的产品更强
力的触摸。另一方面，无论如何，应防酸和防刮划。TFT 显示分辨率到800*600像素。触
摸型的VIADUKT 提供给用户最新的技术
和扩展性及配件，供货包括可视化软件 JETVisu-Lite.
(5) 强力小型:Compact IPC， JetView 600
该强大压缩型的 Compact IPC 配有一个 6.5 inch VGA 显示器. TFT 显示器分辨率
到达640x480 像素; b亮度可通过触摸键调整。除了10Mbit/sec Ethernet 接口，两个
PC/104 连接器提供了丰富的功能，
配有13 个功能建和 4 个滚动建，数字字符键用于数字输入，其他键也作了相应的
映射，一个 PS/2 口用于外部键盘的连接。代替标准的存储媒体，一个闪存驱动器，一
个硬盘驱动器可选，一个PC-Bus 插槽，触摸屏，鼠标垫，3。5 吋软驱和CD ROM 驱动器
，可选，这些功能使得该Compact IPC 极具吸引力。
4.6 JetLab - JetWeb 用户工具箱
软件是人与机器之间的接口。基于此，其重要性可想而知。它包括操作性和方便性
，如同编程语言。他对控制项目的实施具有重要的影响。JetLab, JetWeb用户的工具箱
，通过流程图编程的形式提供给用户。
在讨论控制的质量和技术时，通常考虑如下两个重要的因素:
控制和通讯的结构
编程与工程实施的软件
这是两个非常重要的因素。结构决定了应该有多少软件需要编制，特别是通过整个
工厂的控制网络连接到这些功能到一个控制器内，之前，系统分散化的方法仅能提供物
理上连接一体而逻辑上不能实现的弱点。这里无论如何，按照无论任何时候所有信息，
无论在何处都可存取的要求编程被大大简化，这把很多编程和数据管理工作放到了后台
。
应用流程图语言编程
对于现代化的编程语言，支持结构化和功能化的技术是最基本的。应用图形化的流
程图语言，JetLab提供了大量的工具来编译如今越来越复杂的应用控制程序。
用户友好的图形化编程语言
面向解决方案的以流程图型表达的方式
多任务的操作系统与无限并行的程序
通过多层表达高度透明
全厂范围内的功能，如:紧急停车，启动和自锁 I/O 等很容易实现。
JetLab 编程工场 - 所有功能集中于一个软件中
JetLab 是一个编程的环境，它包括了完成一个JetWeb项目所需的所有软件，通过这
一个集成的工具，可
以完成所有与控制器相关的功能。JetLab 程序包括对轴运动控制的编程与组态，如
同图形化接口一样的
用户接口，均在此一个软件包中。JetLab 消除了多次编程组态的需要，通过JetWe
b,所有这些事情都可被
完成: JetLab 编程工场
流程图编辑器 (drag and drop)
硬件编辑器
显示编辑器
数据管理编辑器
可视化接口编辑器
目前, 德国 Jetter AG 欲进入中国市场，寻求潜在用户，OEM用户，分销商及代理
商。若您欲详细了
解产品，请与我联系,也可参观我们的网页，www.jetter.de 。若有意分销或代理我
公司产品，另请回寄
贵公司的介绍资料。同时我们也寻求在自动化技术应用领域的合作，提供一整套的
工控自动化系统从咨询，
设计，成套，安装指导，调试到试车运行的服务。相信 Jetter AG 对中国市场的进
入，必将给工控领域，
特别是精密机械运动控制领域做出巨大的贡献 ！
联系地址:中国。河北，秦皇岛邮政信箱 061101. 邮政编码: 066001
手机: 13933548687; Tel/Fax: 0086-335-3066432 eMail地址:xinhua1000@163.ne
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