以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
加入技術(shù)交流群
2．以太網(wǎng)為什么會(huì )進(jìn)入自動(dòng)化行業(yè)
以太網(wǎng)+TCP/IP作為辦公網(wǎng)、商務(wù)網(wǎng)在IT行業(yè)中獨霸天下，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統。但為什么近年來(lái)會(huì )逐步向自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展，形成與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)競爭的局面？回顧近年來(lái)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展, 可以了解到其中的原委?！ ?BR>（1）自動(dòng)化技術(shù)從單機控制發(fā)展到工廠(chǎng)自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統自動(dòng)化
近年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展使人們認識到，單純提高生產(chǎn)設備單機自動(dòng)化水平，并不一定能給整個(gè)企業(yè)帶來(lái)好的效益；因此，企業(yè)給自動(dòng)化技術(shù)提出的進(jìn)一步要求是：將整個(gè)工廠(chǎng)作為一個(gè)系統實(shí)現其自動(dòng)化，目標是實(shí)現企業(yè)的最佳經(jīng)濟效益。因此，有了現代制造自動(dòng)化模型，見(jiàn)圖2。所以說(shuō)自動(dòng)化技術(shù)由單機自動(dòng)化發(fā)展到系統自動(dòng)化。
現代制造自動(dòng)化模>
自動(dòng)化技術(shù)從單機控制向工廠(chǎng)自動(dòng)化FA、系統自動(dòng)化方向發(fā)展。制造業(yè)對自動(dòng)化技術(shù)提出了數字化通信及信息集成的技術(shù)的要求;即要求應用數字通信技術(shù)實(shí)現工廠(chǎng)信息縱向的透明通信。
（2）工廠(chǎng)底層設備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成、車(chē)間底層數字通信網(wǎng)絡(luò )是信息集成系統的基礎
為滿(mǎn)足工廠(chǎng)上層管理對底層設備信息的要求, 工廠(chǎng)車(chē)間底層設備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成是實(shí)現全廠(chǎng)FA/CIMS的基礎。見(jiàn)圖3: 工廠(chǎng)自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò )分層結構：工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級、現場(chǎng)設備級
工廠(chǎng)自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò )分層結構：工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級、現場(chǎng)設備級 >
(3) 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)生
現場(chǎng)總線(xiàn)(FieldBus)是工廠(chǎng)底層設備之間的通信網(wǎng)絡(luò )，是計算機數字通信技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應用,為車(chē)間底層設備信息及生產(chǎn)過(guò)程信息集成提供了通信技術(shù)平臺.圖4是工廠(chǎng)底層應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現了全廠(chǎng)信息縱向集成的透明通信,即從管理層到自動(dòng)化底層的數據存取.
工廠(chǎng)底層應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現了全廠(chǎng)信息縱向集成的透明通信>
(4) 現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準之一ROFIBUS技術(shù)
ROFIBUS技術(shù)是1987年由Siemens公司等13家企業(yè)和5家研究機構聯(lián)合開(kāi)發(fā)；1989年批準為德國工業(yè)標準DIN 19245（PROFINUS-FMS/-DP）；1996年批準為歐洲標準EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP)；1999年P(guān)ROFIBUS成為國際標準 IEC 61158 的組成部分(Type III).
PROFIBUS技術(shù)為設備層提供了PROFIBUS-DP和-PA技術(shù)，為車(chē)間層提供了PROFIBUS-FMS技術(shù),見(jiàn)圖5?！ ?BR>?PROFIBUS-DP是設備層現場(chǎng)總線(xiàn), 用于控制器(如PLC、PC、NC)與現場(chǎng)控制設備（如驅動(dòng)器、檢測設備、HMI等）之間的通信總線(xiàn)；
?設備層現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)具有高速（12M）、實(shí)時(shí)、確定、可靠特點(diǎn)（如-DPV2可用于運動(dòng)控制），傳輸的數據量相對較小。
?PROFIBUS-PA也是設備層總線(xiàn)，具有IEC61158-2的物理層，可實(shí)現總線(xiàn)供電，并有本質(zhì)安全技術(shù)。
?PROFIBUS-FMS車(chē)間級現場(chǎng)總線(xiàn)，主要用于車(chē)間級設備監控。主要完成車(chē)間生產(chǎn)設備狀態(tài)及生產(chǎn)過(guò)程監控、車(chē)間級生產(chǎn)管理、車(chē)間底層設備及生產(chǎn)信息集成。車(chē)間級現場(chǎng)總線(xiàn)具有傳輸數據量大、應用層信息規范完整等特點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性要求不高。
（5）國際現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準IEC61158
根據現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念，面對自動(dòng)化行業(yè)千變萬(wàn)化的現場(chǎng)儀表設備，要實(shí)現不同廠(chǎng)家不同種類(lèi)產(chǎn)品的互連，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準化工作至關(guān)重要。為此， 國際IEC委員會(huì )于1984年提出制定現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準IEC1158（即IEC61158）。
A． IEC 61158目標：IEC1158的目標是制定面向整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。為此，根據不同行業(yè)對自動(dòng)化技術(shù)的需求不同，將自動(dòng)化技術(shù)分為五個(gè)不同的行業(yè)；見(jiàn)圖6：IEC1158的目標。IEC61158是要制定出一部滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化五大行業(yè)不同應用需求的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準。
B．妥協(xié)的結果
經(jīng)過(guò)十幾年的努力，1998年，對IEC 61158 （TS）進(jìn)行投票。由于IEC 61158 （TS）只包含了Process Control部分，因此，IEC 61158 （TS）沒(méi)有通過(guò)投票，自動(dòng)化行業(yè)期待了十多年的統一的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準的努力失敗。1999年12月，IEC61158放棄了原有設想，通過(guò)妥協(xié)方案，即： 以IEC 61158 （TS）+ Add.Protocols作為IEC61158技術(shù)標準的方案；其中Add.Protocols包含Control Net、PROFIBUS、P-Net、FF HSE、Swift Net、WorldFIP和Interbus總線(xiàn)?！ ?BR>自動(dòng)化行業(yè)將面臨一個(gè)多種總線(xiàn)技術(shù)標準并存的現實(shí)世界。
C．IEC 61158發(fā)展歷程給我們的啟示
面對當今以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應用潮流，IEC 61158發(fā)展歷程至少給了我們兩點(diǎn)啟示，這對我們能夠清醒面對現實(shí)頗有好處：I、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應用于各行各業(yè)，使用一種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)不可能滿(mǎn)足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現場(chǎng)總線(xiàn)不同于計算機網(wǎng)絡(luò )，人們將會(huì )面對一個(gè)多種總線(xiàn)技術(shù)標準共存的現實(shí)世界。II、技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標準不單是一個(gè)技術(shù)規范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。
（6）以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域
IEC61158制定統一的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準努力的失敗，使一部分人自然轉向了在IT行業(yè)已經(jīng)獲得成功的以太網(wǎng)技術(shù)。因此，現場(chǎng)總線(xiàn)標準之爭，給了以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)難得的機會(huì )。積極推進(jìn)這種技術(shù)概念的如法國施耐德公司，面向工廠(chǎng)自動(dòng)化提出了基于以太網(wǎng)+TCP/IP的解決方案，稱(chēng)之為“透明工廠(chǎng)”。望文生義可以理解為：“協(xié)議規范統一，信息透明存取”。 施耐德公司是將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠(chǎng)設備底層，廣泛取代現有現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的積極倡導者和實(shí)踐者，已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問(wèn)世和實(shí)際應用。
3．以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域應用現狀
目前，以太網(wǎng)工業(yè)在自動(dòng)化領(lǐng)域已有不少成功應用實(shí)例，主要集中在以下幾個(gè)方面：
(1) 車(chē)間級生產(chǎn)信息集成：主要由專(zhuān)用生產(chǎn)設備、專(zhuān)用測試設備、條碼器、PC機及以太網(wǎng)絡(luò )設備組成；主要功能是完成車(chē)間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。管理層信息網(wǎng)絡(luò )：即支撐工廠(chǎng)管理層MIS系統的計算機網(wǎng)絡(luò )。主要完成如ERP的信息系統。SCADA系統：特別是一些區域廣泛、含有計算機廣域網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的SCADA系統，如城市供水或污水管網(wǎng)的SCADA系統、水利水文信息監測SCADA系統等。個(gè)別的控制系統網(wǎng)絡(luò )：個(gè)別要求高可靠性和一定實(shí)時(shí)性的分布式控制系統也有采用以太網(wǎng)+TCP/IP技術(shù)，并獲得很好的效果；如水電廠(chǎng)的計算機監控系統。
既然以太網(wǎng)已成功的應用于工業(yè)自動(dòng)化諸多方面，既然IEC61158沒(méi)有給出一個(gè)統一的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準，為什么不能將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)過(guò)程控制底層，即設備層，成為甚至取代現有的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)成為統一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )標準？這就回到了本文開(kāi)篇的話(huà)題。在這個(gè)問(wèn)題上，除去各公司利益代言人從公司市場(chǎng)利益出發(fā)的商業(yè)宣傳不算，就是自動(dòng)化行業(yè)專(zhuān)家們也是智者見(jiàn)智，仁者見(jiàn)仁，看法不盡相同。筆者從事現場(chǎng)總技術(shù)研發(fā)工作，習慣從技術(shù)方面將以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行比較，從而得出幾點(diǎn)看法。
4. 以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的比較
(1) 物理層
現場(chǎng)總線(xiàn)
A. 傳輸介質(zhì)：多數采用屏蔽雙絞電纜（RS-485）、光纖、同軸電纜，以解決長(cháng)線(xiàn)傳輸、數據傳輸速率和電磁干擾等問(wèn)題。也有無(wú)線(xiàn)傳輸方案，以適應不同場(chǎng)合需要?！ ?BR>B. 插件：各種防護等級工業(yè)級的接插件?！ ?BR>C． 線(xiàn)供電及本質(zhì)安全：如IEC61158-2，用于流程控制及要求防爆功能的場(chǎng)合。
D. 編碼：異步 NRZ、位同步曼徹斯特編碼等?！ ?BR>E. 傳輸速率：9.6k~12M
tcp/ip相關(guān)文章:tcp/ip是什么
評論