工業(yè)以太網(wǎng)在現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS控制系統中的應用
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經(jīng)驗證［8］這種采用以太網(wǎng)集線(xiàn)器技術(shù)的FCS可使實(shí)時(shí)數據的延遲時(shí)間控制在200納秒的范圍之內，這已足以滿(mǎn)足多數場(chǎng)合的實(shí)時(shí)控制要求。2、在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能 一些FCS的生產(chǎn)商（如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等）在開(kāi)發(fā)自己的工業(yè)以太網(wǎng)FCS時(shí)，在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能，此項技術(shù)被稱(chēng)為“地道”［9］，它其實(shí)僅僅是在設備中加入特殊的協(xié)議芯片，這里不做具體介紹。3、工業(yè)以太網(wǎng)的研究課題 上述研究工作的進(jìn)展為以太網(wǎng)進(jìn)入FCS提供了可行性，但要使以太網(wǎng)能在FCS中發(fā)揮其強大的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，以滿(mǎn)足現代工業(yè)控制中日益增長(cháng)的數據傳輸和信息傳輸種類(lèi)（如語(yǔ)音、圖象和視頻等）的需要，還有待于研究工作取得更大的突破性進(jìn)展。目前的研究工作應集中解決以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：（1）盡快推出 FCS國際標準當今的FCS領(lǐng)域出現了世界各大廠(chǎng)商各自為戰的混亂局面［10,11］。其中有影響的為Intel公司的Bitbus、德國的HART和Profibus、丹麥的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和橫河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks等。這種混亂局面是由于各大廠(chǎng)商為了搶占市場(chǎng)急于推出自己的產(chǎn)品，而FCS的國際標準又遲遲不能出臺所造成的。標準的不統一使各廠(chǎng)家推出的FCS成為一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”，不同系統和現場(chǎng)設備的兼容性都很差。FCS的用戶(hù)強烈呼吁盡快出臺FCS的國際標準，以期望實(shí)現FCS的“世界大同”。
1994年6月WorldFIP和ISP聯(lián)合成立了FF，它包括了世界上幾乎所有的著(zhù)名控制儀表廠(chǎng)商在內的100多個(gè)成員單位，致力于IEC的FCS國際標準化工作。但由于部分成員為了自身利益，力圖阻止FCS的國際標準出臺，形成了FF的FCS國際標準難以“一統天下”的令人擔憂(yōu)的局面。解決這一問(wèn)題的途徑是：一是要求FF在其國際標準中推出完善的用戶(hù)層和嚴格的互操作性的產(chǎn)品認證；二是提高用戶(hù)抵制非國際標準的FCS的自覺(jué)性。（2）工業(yè)以太網(wǎng)向FCS現場(chǎng)級的延伸必須指出，圖1所示的工業(yè)以太網(wǎng)FCS中，其現場(chǎng)級總線(xiàn)的傳輸速度并不理想，這是因為工業(yè)以太網(wǎng)還只是在上層控制網(wǎng)絡(luò )中應用，而許多廠(chǎng)商出于安全考慮，在許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有解決之前，現場(chǎng)級尚未使用工業(yè)以太網(wǎng)，所以FCS總體的傳輸速度沒(méi)有什么質(zhì)的飛躍。為了實(shí)現以太網(wǎng)向現場(chǎng)級的延伸，除了改進(jìn)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議之外，還需要解決網(wǎng)絡(luò )的本安、現場(chǎng)設備的冗余和通過(guò)以太網(wǎng)向現場(chǎng)儀表供電等技術(shù)問(wèn)題。
作者認為，在保留FCS特色的基礎上解決上述問(wèn)題才能使工業(yè)以太網(wǎng)具有生命力。三、工業(yè)以太網(wǎng)的應用實(shí)例
Bayer AG公司最近在其生產(chǎn)高度腐蝕性產(chǎn)品的化工廠(chǎng)中成功的在原現場(chǎng)總線(xiàn)（Profibus）的基礎上應用工業(yè)以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò )［12］，并且把所有的現場(chǎng)設備、控制器件和個(gè)人計算機工作站集成為一個(gè)高度可靠、低耗和實(shí)時(shí)的控制系統,系統最大限度使用了數字化通訊和分布式計算技術(shù)［13］，其結構如圖2所示。
圖中主要的現場(chǎng)設備通過(guò)GE Field I/O連到控制系統，每個(gè)Field I/O可直接連接超過(guò)20個(gè)Foxboro Micro-I/A現場(chǎng)級控制子系統。Field I/O和Micro-I/A安裝在靠近現場(chǎng)的全封閉式安全柜中。Micro-I/A可進(jìn)行邏輯控制、批量控制和連續控制?，F場(chǎng)儀表通過(guò)Field I/O設備連到工業(yè)PC上（所有設備由西門(mén)子公司提供）。它除了進(jìn)行邏輯控制和安全互鎖外，還能實(shí)現過(guò)程點(diǎn)所要求的普通控制算法。工業(yè)PC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和裝有Microsoft Windows NT操作系統的工作站進(jìn)行通訊，在工作站保存高級控制算法，其控制輸出通過(guò)以太網(wǎng)下載到需要高級控制運算的現場(chǎng)儀表。Foxboro"s I/A系列工業(yè)軟件在工作站可為用戶(hù)提供報警、數據趨勢、歷史記錄、分析、報告和為操作者專(zhuān)門(mén)設計的可視化界面。
四、結束語(yǔ)
工業(yè)以太網(wǎng)的介入為FCS的發(fā)展注入了新的活力，隨著(zhù)FCS國際標準的推出以及有關(guān)技術(shù)問(wèn)題的突破性進(jìn)展，一個(gè)代表21世紀潮流的工業(yè)以太網(wǎng)的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統時(shí)代就會(huì )到來(lái)。
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