簡(jiǎn)述工業(yè)以太網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展
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人類(lèi)發(fā)展的過(guò)程是一個(gè)生產(chǎn)力發(fā)展的過(guò)程，也是制造和使用工具水品提升的過(guò)程，根據人們對工具使用的水平，我們可以將生產(chǎn)水平分為如下四個(gè)階段：
手工生產(chǎn)階段在這個(gè)階段人們只能使用簡(jiǎn)單的工具，主要依賴(lài)人類(lèi)和牲畜的體力進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)量較小，生產(chǎn)技術(shù)代代相傳，沒(méi)有嚴格統一的工藝標準，產(chǎn)品的一致性和連貫性較差，在不同的時(shí)間和區域差別非常大。
機械化生產(chǎn)階段此階段與手工生產(chǎn)階段最大的不同在于，主要生產(chǎn)的動(dòng)力來(lái)自動(dòng)力轉化機械裝置，如蒸氣機、內燃機、電動(dòng)機等，工人主要負責原料的準備、搬運，產(chǎn)品的包裝、儲運，設備狀況的監視及對設備的操作等。機械化生產(chǎn)極大的提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品的一致性。在此階段，出于提高效率考慮，人們開(kāi)發(fā)出了一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制裝置，如能使風(fēng)車(chē)迎向風(fēng)向的尾翼裝置，能使蒸汽輪機保持速度穩定的飛球調節器等。
自動(dòng)化生產(chǎn)階段此階段的特點(diǎn)是大大降低了工人的勞動(dòng)強度，工人的工作主要是對生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制，原輔料進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)就能夠生產(chǎn)出預定的產(chǎn)品，產(chǎn)品的產(chǎn)量和一致性大幅度提高。在此階段，生產(chǎn)裝置的規模逐漸增加，生產(chǎn)過(guò)程對設備之間的協(xié)調提出了更高的要求，電子控制裝置隨之出現，為了協(xié)調設備之間的協(xié)同工作，出現了工業(yè)通訊技術(shù)。
智能化生產(chǎn)階段此階段的生產(chǎn)特點(diǎn)是多品種，小批量，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，以前采用的使用不同的設備來(lái)生產(chǎn)不同類(lèi)產(chǎn)品的方案此時(shí)難以滿(mǎn)足如此多的個(gè)性化要求，制造業(yè)主希望能夠以少量的設備生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品品種，柔性制造的概念因而出現。1973年，美國學(xué)者哈林頓博士提出計算機集成制造CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的概念，其基本出發(fā)點(diǎn)是：
企業(yè)的名種生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是不可分割的，要統一考慮；整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程實(shí)質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過(guò)程。
20多年來(lái)，CIMS的概念已從典型的離散型機械制造業(yè)擴展到化工、冶金等連續或半連續制造業(yè)。CIMS與計算機綜合自動(dòng)化制造系統是同義詞，是自動(dòng)化程度不同的多個(gè)子系統的集成，如管理信息系統、制造資源計劃系統、計算機輔助設計系統、計算機輔助工藝設計系統、計算機輔助制造系統、柔性制造系統（FMS）等。它面向整個(gè)企業(yè)，覆蓋企業(yè)的多種經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，包括生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理、工程設計和生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節，即從產(chǎn)品報價(jià)、接受訂單開(kāi)始，經(jīng)計劃安排、設計、制造直到產(chǎn)品出廠(chǎng)及售后服務(wù)等的全過(guò)程。
在當前全球經(jīng)濟環(huán)境下，CIMS被賦予了新的含義，即現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）。將信息技術(shù)、現代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結合，應用于企業(yè)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)階段，通過(guò)信息集成、過(guò)程優(yōu)化及資源優(yōu)化，提高企業(yè)的市場(chǎng)應變能力和競爭力。
根據工廠(chǎng)管理、生產(chǎn)過(guò)程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠(chǎng)級、車(chē)間級、單元級、工作站級和現場(chǎng)級。簡(jiǎn)化的CIMS則分為3層，即工廠(chǎng)級、車(chē)間級和現場(chǎng)級。在一個(gè)現代化工廠(chǎng)環(huán)境中，在大規模的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，工業(yè)數據結構同樣分為這三個(gè)層次，與簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò )層次相對應。
現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網(wǎng)、在線(xiàn)設備狀態(tài)監測及現場(chǎng)設備運行、生產(chǎn)數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場(chǎng)設備完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現場(chǎng)設備生產(chǎn)及運行數據信息傳送到工廠(chǎng)管理層，向工廠(chǎng)級MIS系統數據庫提供數據。同時(shí)也可接受工廠(chǎng)管理層下達的生產(chǎn)管理及調度命令并執行之。因此，現場(chǎng)級與車(chē)間級監控及信息集成系統是實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化及CIMS系統的基礎。
傳統的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統的主要特點(diǎn)是，現場(chǎng)層設備與控制器之間的連接是一對一（一個(gè)I/O點(diǎn)對設備的一個(gè)測控點(diǎn)），即所謂I/O接線(xiàn)方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開(kāi)關(guān)量信息）信號。這種傳統的連接方式存在信息量、開(kāi)放性、可靠性、可維護性等方面還存在不足之處。
隨著(zhù)大規模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執行機構、驅動(dòng)裝置等現場(chǎng)智能設備的功能迅速提升，內置處理芯片，能夠完成諸如數模轉換、自診斷、量程轉換、回路調節等功能。對于這些智能現場(chǎng)設備，可以方便的增加一個(gè)串行數據接口，這樣，上位控制器就可以按其規定的通信協(xié)議，通過(guò)串行通信方式實(shí)現對現場(chǎng)設備的監控。如果設想全部或大部分現場(chǎng)設備都具有串行通信接口并具有統一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現場(chǎng)設備連接，完成對所有現場(chǎng)設備的監控，這就是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的初始想法?；谝陨铣跏枷敕?，使用一根通信電纜，將所有具有統一的通信協(xié)議通信接口的現場(chǎng)設備連接，這樣，在設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現場(chǎng)總線(xiàn)的數字化通信，由數字化通信網(wǎng)絡(luò )構成現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的構想始于20世紀70年代，隨著(zhù)CIMS概念的提出，人們迫切希望能夠出現一種能夠用于工業(yè)環(huán)境，可靠性高、實(shí)時(shí)性強、實(shí)現起來(lái)價(jià)格便宜的通訊系統，來(lái)構建工廠(chǎng)的底層網(wǎng)絡(luò )，完成現場(chǎng)設備之間的數字化通信，并能夠于外界實(shí)現信息交換?，F場(chǎng)總線(xiàn)就是在這種需求背景之下出現的產(chǎn)物。北美和歐洲的自動(dòng)化產(chǎn)品廠(chǎng)商和相關(guān)的國際標準化組織都著(zhù)手現場(chǎng)總線(xiàn)相關(guān)標準的制定，由于行業(yè)和區域的差別，以及各個(gè)利益集團為了維護自己的經(jīng)濟利益互不妥協(xié)，本來(lái)應該統一的現場(chǎng)總線(xiàn)標準遲遲難以統一。
公認的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念描述如下：現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備/儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)?；蛘?，現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接，實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統與控制系統。
目前，國際上比較被認可的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有2類(lèi)，即國際電工組織的用于工業(yè)控制系統的IEC61158標準、用于現場(chǎng)設備同選的IEC62026標準，還有國際標準化組織的ISO11898:1993。IEC61158是國際電工委員會(huì )測量和控制的數字數據分會(huì )和美國儀表學(xué)會(huì )聯(lián)合制定的，最早從1984年起草，經(jīng)過(guò)16年的努力協(xié)調磋商，到2000年才投票通過(guò)，但是沒(méi)有實(shí)現唯一的統一標準，IEC61158包含10類(lèi)標準：
ü FF-H1
ü ControlNet
ü PROFIBUS
ü P-Net
ü FF-HSE
ü SwiftNet
ü WorldFIP
ü InterBus
ü EtherNet/IP
ü PROFINET
上面的FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET是工業(yè)以太網(wǎng)標準。以太網(wǎng)很早就已經(jīng)用于工業(yè)控制系統的信息層，這些運用信息量大，對實(shí)時(shí)性的要求相對較低。相比現場(chǎng)總線(xiàn)，更高的通訊速度和更好的兼容性是工業(yè)以太網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)與普通的以太網(wǎng)相比，需要解決可靠性、抗干擾性、實(shí)時(shí)性、本質(zhì)安全等方面的問(wèn)題。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。通訊速度的大幅度提高和采用恰當的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構極大的改善了以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，而采用更高品質(zhì)的材料和選擇合適的通訊介質(zhì)，采用更加可靠的連接方式大大提高了以太網(wǎng)的可靠性。
由于以太網(wǎng)有“一網(wǎng)到底”的美譽(yù)，即它可以一直延伸到企業(yè)現場(chǎng)設備控制層，所以被人們普遍認為是未來(lái)控制網(wǎng)絡(luò )的最佳解決方案，工業(yè)以太網(wǎng)已成為現場(chǎng)總線(xiàn)中的主流技術(shù)。
目前市場(chǎng)上的工業(yè)以太網(wǎng)標準非常多，除開(kāi)上面提到的3種標準之外，世界各國及各大自動(dòng)化公司提出的工業(yè)以太網(wǎng)標準多達十多種，我國以浙江中控為首的組織也提出了EPA標準，并且已經(jīng)成為IEC的預備標準。
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