车间层网络管理系统代理的研究与实现
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摘要
现代企业的车间制造系统自动化程度得到了极大的提高,使用的现场设备及其通信网络的数量与种类都多于任何一个历史时期。由于现场设备及网络的分散性和多样性,企业生产对它们的依赖程度日日益加强的同时,要求必须对现场设备及网络的运行提供可靠保障。利用车间层网络管理系统对网络及设备进行统一的配置与故障管理成为迫切的需求。面对智能化程度千差万别的现场设备,如何开发一个网管代理,使其不仅能执行对本地以太网设备的管理,还能执行对外围非以太网设备的管理,是车间层网络管理系统的研究热点与难点。
论文通过分析车间层网络及现场设备的发展现状与趋势,论证了两个要点:第一,以太网技术应用到车间层网络是工业控制网络的发展趋势之一;第二,现场设备将向智能化方向发展并逐步支持工业以太网。因此将计算机网络管理技术应用于车间层网络管理系统不仅具有前瞻性,也具有可行性。论文随后对计算机网络管理技术,尤其是网管代理的开发技术进行了详细介绍。
网管代理的开发以某企业的制造执行系统(MES)项目为应用背景。该MES系统中的单元控制器是一个基于DOS的单板PC机嵌入式系统,可接入条码枪、RFID读写器、光电开关、VGA显示器等外设,工作于以太网环境,是较典型的现场设备,但缺乏SNMP网络管理功能。论文针对单元控制器及其外设,介绍了管理信息库(MIB)的设计,网管代理的设计。最后,通过改进单元控制器应用软件构架,扩充了网管代理功能模块,使得单元控制器及其外围设备统一支持车间层网络管理系统的配置管理与故障管理,达到了增强原制造执行系统网络及设备的可扩展性,可管理性的目的。
这种车间层网络管理系统的体系结构,尤其是网管代理的设计与实现方法对其他以太网环境的车间层网络管理方案的提出具有极大的借鉴作用。
The workshop manufacture system of modern enterprises has reached a high level of automation, and both the quantity and variety of the field equipment and network is more than that of any historical period. Due to the variety and distributed trait of field equipment, enterprises rely on them tight, and it’s required keeping the network and field equipment running reliably. A workshop tier network management system (WNMS) is essential to configuration and fault management of the network and field equipment. Facing the numerous field equipment of different intelligence, how to develop an agent, which can not only manage the local Ethernet equipment, but also the peripheral non-Ethernet equipment, is research hotspot and difficulty of WNMS.
Via the discussion of the development and trend of workshop tier network and field equipment, it proposed two key points: Firstly, it’s a trend of industrial control network to apply Ethernet technology to workshop tier network. Secondly, field equipment would be more intelligent and compatible to industrial Ethernet. Therefore, it’s feasible to apply the computer network management technology to WNMS, and it also shows great foresight. Then, the technology of computer network management, especially for the agent is discussed.
We develop the agent in the background of the Manufacturing Execution System (MES) of one enterprise. The MES cell controller is a DOS-based single board PC embedded system, and it can connect barcode scanner, RFID reader, photoelectric sensor, VGA display etc. It’s a kind of typical field equipment, working in Ethernet, however, there’s no SNMP network management function in it. For this cell controller and its peripheral equipment, the design of Management Information Base (MIB) is introduced, as well as the design of agent. We reformed the software architecture of cell controller, added SNMP agent function into it, made the cell controller and its peripheral equipment supporting the configuration and fault management of WNMS, and finally, enhanced the extensible and manageable ability of the former MES network.
The system architecture of WNMS, especially the design and implementation of agent can also be reference to other workshop network management solution of Ethernet environment.
论文通过分析车间层网络及现场设备的发展现状与趋势,论证了两个要点:第一,以太网技术应用到车间层网络是工业控制网络的发展趋势之一;第二,现场设备将向智能化方向发展并逐步支持工业以太网。因此将计算机网络管理技术应用于车间层网络管理系统不仅具有前瞻性,也具有可行性。论文随后对计算机网络管理技术,尤其是网管代理的开发技术进行了详细介绍。
网管代理的开发以某企业的制造执行系统(MES)项目为应用背景。该MES系统中的单元控制器是一个基于DOS的单板PC机嵌入式系统,可接入条码枪、RFID读写器、光电开关、VGA显示器等外设,工作于以太网环境,是较典型的现场设备,但缺乏SNMP网络管理功能。论文针对单元控制器及其外设,介绍了管理信息库(MIB)的设计,网管代理的设计。最后,通过改进单元控制器应用软件构架,扩充了网管代理功能模块,使得单元控制器及其外围设备统一支持车间层网络管理系统的配置管理与故障管理,达到了增强原制造执行系统网络及设备的可扩展性,可管理性的目的。
这种车间层网络管理系统的体系结构,尤其是网管代理的设计与实现方法对其他以太网环境的车间层网络管理方案的提出具有极大的借鉴作用。
The workshop manufacture system of modern enterprises has reached a high level of automation, and both the quantity and variety of the field equipment and network is more than that of any historical period. Due to the variety and distributed trait of field equipment, enterprises rely on them tight, and it’s required keeping the network and field equipment running reliably. A workshop tier network management system (WNMS) is essential to configuration and fault management of the network and field equipment. Facing the numerous field equipment of different intelligence, how to develop an agent, which can not only manage the local Ethernet equipment, but also the peripheral non-Ethernet equipment, is research hotspot and difficulty of WNMS.
Via the discussion of the development and trend of workshop tier network and field equipment, it proposed two key points: Firstly, it’s a trend of industrial control network to apply Ethernet technology to workshop tier network. Secondly, field equipment would be more intelligent and compatible to industrial Ethernet. Therefore, it’s feasible to apply the computer network management technology to WNMS, and it also shows great foresight. Then, the technology of computer network management, especially for the agent is discussed.
We develop the agent in the background of the Manufacturing Execution System (MES) of one enterprise. The MES cell controller is a DOS-based single board PC embedded system, and it can connect barcode scanner, RFID reader, photoelectric sensor, VGA display etc. It’s a kind of typical field equipment, working in Ethernet, however, there’s no SNMP network management function in it. For this cell controller and its peripheral equipment, the design of Management Information Base (MIB) is introduced, as well as the design of agent. We reformed the software architecture of cell controller, added SNMP agent function into it, made the cell controller and its peripheral equipment supporting the configuration and fault management of WNMS, and finally, enhanced the extensible and manageable ability of the former MES network.
The system architecture of WNMS, especially the design and implementation of agent can also be reference to other workshop network management solution of Ethernet environment.
引文
[1] 葛运旺主编. 计算机控制网络. 武汉:武汉理工大学出版社,2005 年
[2] 王慧. 计算机控制系统. 北京:化学工业出版社,2005 年
[3] 缪学勤. 论六种实时以太网的通信协议. 自动化仪表,2005,26(4):1-6
[4] 雷雪梅主编. 现代网络管理. 北京:国防工业出版社,2005 年
[5] NET-SNMP http://net-snmp.sourceforge.net/
[6] AdventNet SNMP http://snmp.adventnet.com/
[7] SNMP4J http://www.snmp4j.org/
[8] eRTOS http://www.ertos.com/
[9] 郭军. 网络管理. 北京:北京邮电出版社,2001 年
[10] 赵小林,高虹. 网络管理技术教程. 北京:国防工业出版社,2002 年
[11] 张国鸣,唐树才,雪刚逊. 网络管理实用技术. 北京:清华大学出版社,2002 年
[12] 雷震甲. 计算机网络管理. 西安:西安电子科技大学出版社,2006 年
[13] 杨云江. 计算机网络管理技术. 北京:清华大学出版社,2005 年
[14] 孙雪丰,吴奕. 工业以太网和现场总线相融合的控制系统. 控制工程,2004,11:41-47
[15] 戴敏,曹杰,史金飞,张志胜. 基于现场总线的工业设备网络控制系统. 自动化仪表,2005,26(3):43-48
[16] 徐皑冬,王宏,杨志家. 基于以太网的工业控制网络. 信息与控制,2000,29(2):182-186
[17] 庄亚俊,刘国平,吴敏,赵虹,胡春华. 一种基于工业以太网的监控系统的设计与应用. 微机算计信息,2005,21(4):5-7
[18] RFC http://www.cnpaf.net/class/RfcAll/
[19] WATTCP http://www.wattcp.com/
[20] 王宏. RFID 自动识别设备的分类及选型初探 微机算计信息,2005,21(1):79-81
[21] 田捷力. 基于 dos 的嵌入式 PC 机 SOCKET 通信的实现 现代电子技术,2003,6:56-58
[22] 张梅. 基于 dos 的实时多任务系统的实现. 测控技术,2002,21(6):41-43
[23] 何岭松,王峻峰. 用嵌入式 PC 和 dos 开发网络化远程监测装置. 电子质量,2002,9:27-33
[24] 郭剑. 基于 Web 的分布式网络故障管理系统的研究与实现:学位论文. 成都:西南交通大学,2005
[25] 邵雷兵. 嵌入式网络管理系统的设计与实现:学位论文. 杭州:浙江大学,2004
[26] 王凌武. 基于 SNMP 网络管理系统的研究与设计:学位论文. 杭州:浙江大学,2005
[27] 胡方炜. 基于嵌入式 Linux 系统的 SNMP 代理开发研究:学位论文 杭州:浙江工业大学,2004
[28] 彭熙. SNMP 网络管理代理软件开发平台的研究与实现:学位论文. 武汉:华中科技大学,2004
[29] 黄然. 可扩展 SNMP 代理的研究与应用:学位论文. 杭州:浙江大学,2003
[30] 沈美明,温冬婵. 80X86 汇编语言程序设计. 北京: 清华大学出版社, 2001.9
[31] The DOS-Client for Microsoft Networks http://www.windowsnetworking.com/j_helmig/dosclien.htm
[32] http://www.cisco.com/global/CN/solutions/industry/industry_sol/manufacturing/sol/manufacturing_sol_1.shtml
[33] http://www.phoenixcontact.com/com/index_1024.htm
[34] http://www.cdstkj.com/gyytw.asp
[35] http://www.moxa.com.cn/ie/
[36] 实践工业以太网 http://www.mm-chinese.com/article.php?id=6352
[37] 选择 EtherNet/IP 把握工业以太网先机 http://www.gongkong.com/news/include/6912.asp
[38] Industrial SNMP Suite http://www.industrialnetworking.com/products/spec_sheets/iSNMP_Suite-Datasheet_v4.pdf
[39] PC/TCP Packet Driver Specification http://www.crynwr.com/packet_driver.html
[2] 王慧. 计算机控制系统. 北京:化学工业出版社,2005 年
[3] 缪学勤. 论六种实时以太网的通信协议. 自动化仪表,2005,26(4):1-6
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[22] 张梅. 基于 dos 的实时多任务系统的实现. 测控技术,2002,21(6):41-43
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[34] http://www.cdstkj.com/gyytw.asp
[35] http://www.moxa.com.cn/ie/
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[37] 选择 EtherNet/IP 把握工业以太网先机 http://www.gongkong.com/news/include/6912.asp
[38] Industrial SNMP Suite http://www.industrialnetworking.com/products/spec_sheets/iSNMP_Suite-Datasheet_v4.pdf
[39] PC/TCP Packet Driver Specification http://www.crynwr.com/packet_driver.html