1 导言
跟着网络技术的展开，工业以太网成为了各国工控界的一个研讨热门范畴。国内展开这项研讨较早的浙江大学，中科院沈阳自动化所，浙大中控等单位在国家“863”课题的支持下，起草了“用于工业丈量和操控体系的EPA体系结构和通讯规范”，并力求在化工范畴建成几个示范性运用项目。广东工业大学联合中南大学，中科院自动化所展开了嵌入式工业以太网的研讨，并进行了“依据uClinux嵌入式体系的工业以太网操控器开发”，致力于发挥嵌入式体系在工控范畴的优势。
2 运用布景
压力、温度、水位和流量是化工、污水处理以及钢铁等职业中最常用的操控体系，为了研讨在各种职业、不同工艺流程下的通用网络操控体系，所以本文中将不强调工艺流程。而运用实验的目标也将运用中南大学首先研制的仿工业现场的被控目标，本文将对最常用的压力、温度、水位和流量四个操控体系进行全面仿真工业现场的实验。
3 嵌入式工业以太网体系结构
将企业现场网络分为操控层和设备层。针对现场对网络可靠性参数的严格要求，在操控层网络改善传统以太网拓扑结构。选用环形网络拓扑，能够添加网络的可靠性。
而处理网络的实时性问题则选用了操控区域（Control Domain）概念，将操控现场分区，削减各个操控区资源竞赛的状况。而操控区域之间的是经过以太网交换机（交换式）来通讯。
改善后的网络结构如图1所示。操控层网络由100M以太网构成组成环形网络。
每个操控区域（Control Domain）包含以太网交换机和嵌入式的工业以太网操控器，以及一些变送器和执行机构。如图2所示。
而坐落操控区域中的工业以太网操控器选用嵌入式体系来规划。
4 嵌入式工业以太网操控器规划
工业以太网操控器的硬件规划选用中心板与接口板分隔规划的方法，增强了体系运用的灵活性，便利体系调试。图3中，虚线框所包含的模块组成中心板，虚线框以外的模块组成接口板。图中，以太网操控器中CPU是操控中心，担任操控一切辅佐设备。存储器选用SDRAM和FLASH两种类型，能满意体系运转和调试的需求。根本端口包含以太网接口，USB接口，还有两个RS232的串口，能满意体系运用和调试的需求。A/D和D/A模块首要用于现场数据的收集与操控信号的输出 DC/DC模块首要担任整个体系的供电。扩展接口考虑了体系的可扩展性。
操控器的操作体系考虑到性价比以及现场操控需求，选用了 uClinux。uClinux是一个彻底符合 GNU/GPL条约的操作体系，彻底敞开代码，其是专门为操控范畴而削减规划的嵌入式操作体系 uClinux从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿用了干流Linux的绝大部分特性。它是专门针对没有 MMU的CPU，并且为嵌入式体系做了许多小型化的作业。适用于没有虚拟内存或内存办理单元（MMU）的处理器，例如Cold Fire。它一般用于具有很少内存或Flash的嵌入式体系。特别的为了运用到工业实时范畴，还能够进一步增强uClinux的实时性。
整个嵌人式工业以太网操控器具有以下特色：
操控器具有很高的功用。CPU选用高集成度的Motorola Cold Fire微处理器，主频到达50Mhz，且其具有丰厚的接口资源，增强了体系安稳性，嵌入式的uClinux能完结杂乱的算法核算以及使命调度、网络等功用;
操控器具有很高的集成度。因为Motorola CPU具有丰厚的接口资源，而uClinux削减后体积十分小，并且具有以太网功用，这样能够很简单完结操控器的微型化、Internet化;
操控器具有很高的实时性。在规划硬件和软件时都充分考虑了体系的实时性。硬件规划中选用了高速的A/D（500khz）和多路D/A输出，使得要害信号能及时采样和输出，确保了“硬实时”;操作体系中加入了RTlinux模块，确保了“软实时”。
5 运用技术计划
在试用嵌入式工业以太网体系时，选用四套不同操控设备，包含压力，温度，水位以及流量操控体系。挑选压力、温度、水位、流量及各自调理阀门等10多个I/O信号。
以压力操控体系为例，如图4所示，它有3个相互串联的不同巨细的气缸设备、两路进气管道以及其上的手动阀F1～F3、两台电/气转换器、气闭式气动阀Vcl 和Vc2以及3台压力变送器组成。其间，电/气转换器的输入操控信号为4～20mA，对应输出蒸汽压力20～100kPa（蒸汽源012MPa），相应气闭式气动阀的开度为100%～0，压力变送器的输入压力信号为O～80kPa，对应输出电流信号为4～20mA。
然后将依据测试点实践状况，将信号分组：本文中每个操控体系分为一组信号，如压力体系包含操控信号u1、u2，气闭式气动阀Vcl、Vc2以及R1- R3。能够看到：
每个操控区域包含以太网交换机、嵌入式工业以太网操控器以及若干变送和执行机构;
每个操控区域经过嵌入式工业以太网和交换机连人操控层骨干网;
操作站和工程师站在操控室经过交换机连出到企业信息层网络。
6 结束语
该套体系自2004年1月在实验室仿工业现场的环境中运转以来一向安稳作业，实践运转结果表明提高了网络操控体系的可靠性、实时性和安全性，预备近期正式移植到工业现场。
以太网在工业现场中的运用与uClinux嵌入式体系是两个现在研讨的热门范畴，以太网与uClinux在工业操控范畴有着十分好的运用远景。本文所完结的一些作业都将为这两部分的深入研讨开发有很好学习的含义，对嵌入式的工业以太网的运用研讨起到很好的参阅效果。
