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

　　現場(chǎng)總線(xiàn)標準化進(jìn)程

　　8種現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)14年的紛爭，最后IEC的現場(chǎng)總線(xiàn)標準化組織經(jīng)投票，通過(guò)以下這8種現場(chǎng)總線(xiàn)成為IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)標準，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，FF之高速Ethernet即HSE。其中，P-Net和Swift Net是專(zhuān)用總線(xiàn)；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC發(fā)展而來(lái)的；而FF和HSE是從傳統DCS發(fā)展而來(lái)的。這8種現場(chǎng)總線(xiàn)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)現這些總線(xiàn)的兼容和互操作是十分困難的。

　　由于各生產(chǎn)廠(chǎng)商要盡可能地控制市場(chǎng)份額，保護各自過(guò)去的投資利益，經(jīng)過(guò)14年的長(cháng)期急診而意見(jiàn)難以統一，于是各自退回原地，開(kāi)展了一場(chǎng)保衛各自“領(lǐng)地”的戰斗。目前，這8種現場(chǎng)總線(xiàn)都在各自修改其應用層協(xié)議，支持IEC61784規范，爭取通過(guò)高層協(xié)議以達到相互兼容之目的。如2002年完成工作，將使IEC61158成為一個(gè)基本統一的、由多部分組成的標準。

　　眾所周知，最早的氣動(dòng)單元組合儀表采用0.2~1.0N/cm2統一標準化氣動(dòng)信號，電動(dòng)單組合儀表采用4~20mA標準化信號互聯(lián)，任何廠(chǎng)家的產(chǎn)品均可以實(shí)現互聯(lián)，這兩代儀表系統都得到健康發(fā)展。面現場(chǎng)總線(xiàn)由于來(lái)自不同產(chǎn)品和生產(chǎn)廠(chǎng)家，經(jīng)14年爭論也無(wú)法達成統一，多標準等于無(wú)標準。市場(chǎng)迫切需要統一標準的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。只有通過(guò)制定新標準才能實(shí)現，為了加快新一代系統的，人們開(kāi)始尋求新的出路。

　　幾種可能的出路是：

　　出路一　各種現場(chǎng)總線(xiàn)統一到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)所有現場(chǎng)總線(xiàn)通用的接口，成本較高且難度較大。
　　出路三　各國不理睬IEC61158，采用自主知識產(chǎn)權的協(xié)議。主不符合經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢。
　　出路四　采用已經(jīng)是通用的國際標準Ethernet、TCP/IP等協(xié)議，并使其在工業(yè)體育場(chǎng)成熟應用，易于被廣大國家用戶(hù)、集成商、OEM及制造商接受和歡迎。

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

　　Ethernet進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)化的主要動(dòng)力是：①成本低；②速度的提高，因普通遍應用所形成的硬件資源、軟件資源和廣泛支持。Ethernet是世界上應用最多的網(wǎng)絡(luò )，超過(guò)93%的網(wǎng)絡(luò )節點(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)性就是信號傳輸足夠快加上確定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測方式，網(wǎng)絡(luò )負荷較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò )傳輸的不確定性不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求。Ethernet發(fā)展的現實(shí)是：

　　 交換式100M Ethernet已廣泛應用，能提供足夠的帶寬和減少沖突。
　　 全雙工網(wǎng)絡(luò )和具優(yōu)先權的傳送機制得保證確定性。
　　 典型的工業(yè)應用，峰值負載為10M Ethernet的5%，在100M Ethernet網(wǎng)絡(luò )負載為0.5%，而Ethernet只有當負載達40%以上時(shí)才會(huì )有明顯的延遲現象。
　　 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。美國電力研究院的實(shí)驗結果可保證4ms以?xún)取?/P>

　　2． Ethernet如何滿(mǎn)足現場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題

　　Ethernet所用的接插件、集線(xiàn)器、交換機和電纜等是為辦公室應用而設計的，不符合工業(yè)現場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求。在工廠(chǎng)環(huán)境中，Ethernet抗干擾性能較差。若用于危險場(chǎng)合，它不具備本安特性，也不具備通過(guò)信號線(xiàn)向現場(chǎng)儀表供電的性能。

　　隨著(zhù)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)應用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡(luò )也能穩定地工作的問(wèn)題，美國Synergetic微系統公司和德國Hirschman公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了導軌式收發(fā)器、集線(xiàn)器和交換機系列產(chǎn)品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構。

　　美國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，與各種現場(chǎng)總線(xiàn)芯片相比，具有很大的價(jià)格優(yōu)勢。

　　現在的工業(yè)Ethernet現場(chǎng)總線(xiàn)采用一種稱(chēng)為連接裝置（linking device）類(lèi)似帶開(kāi)關(guān)的集線(xiàn)器結構，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)單傳輸機構，使用Ethernet傳送報文。