總線專題：第七講 EPA（上）

EPA是一種全新的基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。他可將分布在現(xiàn)場的若干個(gè)設(shè)備、小系統(tǒng)以及控制/監(jiān)視設(shè)備連接起來，使所有設(shè)備一起運(yùn)作，共同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作中的測量和控制。EPA可以用于工業(yè)自動(dòng)化控制環(huán)境。

EPA是由浙江大學(xué)、浙大中控共同主持，聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)與重慶郵電學(xué)院共同開發(fā)的，并受到了我國政府“863”高科技研究與發(fā)展計(jì)劃的支持。目前由上述六個(gè)單位并加上上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所等共同起草制定的《用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范》已經(jīng)通過了全國工業(yè)過程測量與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（TC124）的技術(shù)審查，成為我國第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)已成功進(jìn)入IEC標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布為IEC/PAS62409標(biāo)準(zhǔn)化文件，正式作為第十四類型寫入實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-2。這是迄今為止，中國工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域第一個(gè)被國際認(rèn)可和接受的標(biāo)準(zhǔn)。如果一切順利的話，到2007年底經(jīng)過IEC投票表決，將可能正式成為IEC61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的類型之一。至于以太網(wǎng)能用于實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的措施與原理見第六講PROFINET。

1.EPA的通信模型

（1）EPA通信模型與ISO/OS1模型的比較見表1。從表1中可看出EPA在應(yīng)用層之上，設(shè)置了用戶層。該用戶層直接面向用戶，用戶根據(jù)自己的控制邏輯需要，利用EPA組態(tài)軟件組成不同功能塊的應(yīng)用過程（FBAP）以完成各種控制策略。也可根據(jù)自己的需要組態(tài)各種非實(shí)時(shí)性應(yīng)用程序的服務(wù)。

表1中HTTP為超文本傳輸協(xié)議，F(xiàn)TP為文件傳輸協(xié)議，DHCP為動(dòng)態(tài)主機(jī)組態(tài)協(xié)議，SNTP為簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，而SNMP則為簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。TCP為傳輸控制協(xié)議，UDP為用戶數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議，而IP則為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。這些都是IT領(lǐng)域中行之有效的協(xié)議。IEEE802.3則為美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)的一套用于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）EPA的通信模型

EPA的通信模型見圖1。圖中的ARP為以太網(wǎng)地址解析協(xié)議，ICMP為Internet控制信息協(xié)議，而IGMP則為Internet組管理協(xié)議。

從圖1中可以看出EPA在網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈絡(luò)層的MAC（介質(zhì)訪問控制）層之間定義了一個(gè)EPA通信調(diào)度接口，以完成實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息的傳輸調(diào)度。應(yīng)用層定義了EPA應(yīng)用層協(xié)議和服務(wù)、EPA套接字映射接口以及EPA管理功能塊及其服務(wù)，同時(shí)還支持IT領(lǐng)域現(xiàn)有的協(xié)議如HTTP等。另外增加的用戶層，采用基于IEC61499和IEC61804定義的功能塊及其應(yīng)用進(jìn)程。

所謂應(yīng)用進(jìn)程AP（Application Process）是指現(xiàn)場總線內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一組相關(guān)功能的集合，是駐留在現(xiàn)場總線設(shè)備內(nèi)部的分布式應(yīng)用，是現(xiàn)場總線活動(dòng)的基本組成部分，現(xiàn)場總線活動(dòng)中AP是基本對(duì)象；可以把幾個(gè)AP組合起來，形成復(fù)合對(duì)象；還可把幾個(gè)復(fù)合對(duì)象組合起來形成復(fù)合列表對(duì)象。一臺(tái)現(xiàn)場總線設(shè)備中AP的數(shù)量與其功能及執(zhí)行情況有關(guān)，可以通過軟件向現(xiàn)場總線設(shè)備下載AP，也可將AP固化在現(xiàn)場總線設(shè)備的專用集成電路（ASIC）內(nèi)。而位于應(yīng)用層的功能塊應(yīng)用進(jìn)程（FBAP）是由功能塊所構(gòu)成的應(yīng)用集合，用來構(gòu)成自動(dòng)控制回路以完成自動(dòng)化系統(tǒng)所規(guī)定的任務(wù)。

其次對(duì)圖1中套接字映射作一說明，按照定義，套接字（Socket）是指協(xié)議訪問點(diǎn)的接口抽象，一個(gè)Socket在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中就作為一個(gè)通信端點(diǎn)；而映射（Mapping）的定義則是與其他集合中的成員對(duì)應(yīng)的，具有特定特征或?qū)傩缘募稀?/p>

2. EPA的通信模式

EPA支持三種通信模式

（1）客戶/服務(wù)器（Client/Server）

客戶/服務(wù)器用于EPA網(wǎng)絡(luò)上二個(gè)設(shè)備之間由用戶發(fā)起的、一對(duì)一的、排隊(duì)式的非周期通信。排隊(duì)意味著消息的發(fā)送與接收是按優(yōu)先級(jí)所安排的順序進(jìn)行，先前的消息不會(huì)被覆蓋。