現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)以太網(wǎng)綜述

　　現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

　　8種現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過(guò)14年的紛爭(zhēng)，最后IEC的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化組織經(jīng)投票，通過(guò)以下這8種現(xiàn)場(chǎng)總線成為IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，F(xiàn)F之高速Ethernet即HSE。其中，P-Net和Swift Net是專用總線；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC發(fā)展而來(lái)的；而FF和HSE是從傳統(tǒng)DCS發(fā)展而來(lái)的。這8種現(xiàn)場(chǎng)總線采用的通信 .aspx" title="協(xié)議" style="text-decoration:underline;color:blue">協(xié)議完全不同，因此，要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作是十分困難的。

　　由于各生產(chǎn)廠商要盡可能地控制市場(chǎng)份額，保護(hù)各自過(guò)去的投資利益，經(jīng)過(guò)14年的長(zhǎng)期急診而意見(jiàn)難以統(tǒng)一，于是各自退回原地，開(kāi)展了一場(chǎng)保衛(wèi)各自“領(lǐng)地”的戰(zhàn)斗。目前，這8種現(xiàn)場(chǎng)總線都在各自修改其應(yīng)用層協(xié)議，支持IEC61784規(guī)范，爭(zhēng)取通過(guò)高層協(xié)議以達(dá)到相互兼容之目的。如2002年完成工作，將使IEC61158成為一個(gè)基本統(tǒng)一的、由多部分組成的標(biāo)準(zhǔn)。

　　眾所周知，最早的氣動(dòng)單元組合儀表采用0.2~1.0N/cm2統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化氣動(dòng)信號(hào)，電動(dòng)單組合儀表采用4~20mA標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)互聯(lián)，任何廠家的產(chǎn)品均可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，這兩代儀表系統(tǒng)都得到健康發(fā)展。面現(xiàn)場(chǎng)總線由于來(lái)自不同產(chǎn)品和生產(chǎn)廠家，經(jīng)14年?duì)幷撘矡o(wú)法達(dá)成統(tǒng)一，多標(biāo)準(zhǔn)等于無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。市場(chǎng)迫切需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。只有通過(guò)制定新標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)，為了加快新一代系統(tǒng)的，人們開(kāi)始尋求新的出路。

　　幾種可能的出路是：

　　出路一　各種現(xiàn)場(chǎng)總線統(tǒng)一到1~2種。IEC61158的產(chǎn)生本身就說(shuō)明這種可能性很小。
　　出路二　開(kāi)發(fā)所有現(xiàn)場(chǎng)總線通用的接口，成本較高且難度較大。
　　出路三　各國(guó)不理睬IEC61158，采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的協(xié)議。主不符合經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)。
　　出路四　采用已經(jīng)是通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Ethernet、TCP/IP等協(xié)議，并使其在工業(yè)體育場(chǎng)成熟應(yīng)用，易于被廣大國(guó)家用戶、集成商、OEM及制造商接受和歡迎。

　　Ethernet在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用的若干問(wèn)題

　　Ethernet進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)化的主要?jiǎng)恿κ牵孩俪杀镜?；②速度的提高，因普通遍?yīng)用所形成的硬件資源、軟件資源和廣泛支持。Ethernet是世界上應(yīng)用最多的網(wǎng)絡(luò)，超過(guò)93%的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為Ethernet。
　　Ethernet用于工業(yè)自動(dòng)化有以下4個(gè)問(wèn)題需要解決。

　　1． 實(shí)時(shí)性問(wèn)題

　　實(shí)時(shí)性就是信號(hào)傳輸足夠快加上確定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測(cè)方式，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求。Ethernet發(fā)展的現(xiàn)實(shí)是：

　　 交換式100M Ethernet已廣泛應(yīng)用，能提供足夠的帶寬和減少?zèng)_突。
　　 全雙工網(wǎng)絡(luò)和具優(yōu)先權(quán)的傳送機(jī)制得保證確定性。
　　 典型的工業(yè)應(yīng)用，峰值負(fù)載為10M Ethernet的5%，在100M Ethernet網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為0.5%，而Ethernet只有當(dāng)負(fù)載達(dá)40%以上時(shí)才會(huì)有明顯的延遲現(xiàn)象。
　　 在100M Ethernet網(wǎng)中，發(fā)送一個(gè)包延時(shí)超過(guò)2ms的狀況，5年也不會(huì)發(fā)生一次。美國(guó)電力研究院的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可保證4ms以內(nèi)。

　　2． Ethernet如何滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題

　　Ethernet所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，不符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求。在工廠環(huán)境中，Ethernet抗干擾性能較差。若用于危險(xiǎn)場(chǎng)合，它不具備本安特性，也不具備通過(guò)信號(hào)線向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電的性能。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡(luò)也能穩(wěn)定地工作的問(wèn)題，美國(guó)Synergetic微系統(tǒng)公司和德國(guó)Hirschman公司專門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式收發(fā)器、集線器和交換機(jī)系列產(chǎn)品，安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結(jié)構(gòu)。

　　美國(guó)NET silicon公司研制的工業(yè)Ethernet通信接口芯片，每片價(jià)格已降至10~15美元，與各種現(xiàn)場(chǎng)總線芯片相比，具有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

　　現(xiàn)在的工業(yè)Ethernet現(xiàn)場(chǎng)總線采用一種稱為連接裝置（linking device）類似帶開(kāi)關(guān)的集線器結(jié)構(gòu)，很好地解決了Ethernet的時(shí)間確定性問(wèn)題。目前，PROFIBUSDeviceNet,ControlNet和LonWorks等都打算使用Ethernet。這些公司都在研究通過(guò)隧道（Turnel）的簡(jiǎn)單傳輸機(jī)構(gòu)，使用Ethernet傳送報(bào)文。