通用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)--工業(yè)以太網(wǎng)
加入技術(shù)交流群
工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展源于以下兩個(gè)因素：第一，提高網(wǎng)絡(luò)中分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能；第二，將辦公硬件整合到上述控制系統(tǒng)中以獲取更高的成本效益。在上述兩個(gè)因素的推動(dòng)下，的確掀起了一陣以太網(wǎng)熱潮，但是研究的主要目標(biāo)很快就偏離了分布式自動(dòng)化這個(gè)初始目標(biāo)，而轉(zhuǎn)移到諸如開(kāi)發(fā)一套能夠被自動(dòng)化控制和辦公網(wǎng)絡(luò)共同使用的通用型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等眾多方面。理論上，這種通用性看起來(lái)好像是某種給人印象深刻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的縱向整合。以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議被作為通信應(yīng)用領(lǐng)域的唯一標(biāo)準(zhǔn)推廣。在這個(gè)過(guò)程中，人們?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)總線自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了大量的應(yīng)用規(guī)范，這些大量的應(yīng)用規(guī)范卻代表了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的實(shí)際價(jià)值，但是這一事實(shí)卻被人們所忽視。為了保證用戶的利益，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該遵守這些應(yīng)用規(guī)范。
人們很早就認(rèn)識(shí)到了縱向整合的重要性，它包括以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、預(yù)防性維護(hù)、方便的全局組網(wǎng)的最優(yōu)化控制為中心，將從工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層所獲取的所有信息整合到辦公網(wǎng)絡(luò)中。這種最高形式的整合可以在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層以帶有網(wǎng)關(guān)和代理服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)施，也可以通過(guò)以太網(wǎng)獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)施。有調(diào)查結(jié)果顯示，關(guān)于在儀器設(shè)備上應(yīng)用以太網(wǎng)的動(dòng)機(jī)，用戶期待從應(yīng)用中獲取以下兩項(xiàng)核心利益：
（1）現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的復(fù)雜程度對(duì)通信系統(tǒng)的頻寬提出了更高的要求。以太網(wǎng)可以為用戶所期待的性能提升提供一個(gè)能夠勝任未來(lái)應(yīng)用的平臺(tái)。
（2）使用專用網(wǎng)絡(luò)處理專門任務(wù)。這就對(duì)用戶操作、處理眾多功能網(wǎng)絡(luò)（自動(dòng)化控制、縱向通信、圖形處理、驅(qū)動(dòng)控制以及安全）的能力提出了更多、更高的要求。而以太網(wǎng)為代表的通用型現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)在最廣泛的范圍對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接軌的合適方法。
網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的要求
從IT) 部門的角度來(lái)看待生產(chǎn)部門，可以將工廠看作是許多連接到某個(gè)中央IT系統(tǒng)的終端的集合。每臺(tái)設(shè)備就如同一臺(tái)以太PC工作站，并且按照ISO/IEC 11801國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)給每臺(tái)設(shè)備分配一個(gè)通信出口。與辦公網(wǎng)絡(luò)相比，自動(dòng)化技術(shù)不允許未經(jīng)地址轉(zhuǎn)換的設(shè)備整合到現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡(luò)中。
工業(yè)上已經(jīng)確定了以下各項(xiàng)核心要求：
· 在 10 ms的時(shí)間級(jí)別上保證網(wǎng)絡(luò)的永久可用；
· 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)備（安全設(shè)施）保證安全；
· 在每臺(tái)設(shè)備上建立物理子網(wǎng)；
· 安裝多樣化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如線形、環(huán)形）和靈活的級(jí)聯(lián)；
· 實(shí)時(shí)（ms和μs級(jí)別）區(qū)域的定義；
· 不同傳輸介質(zhì)的交替以及混合使用（光纖、銅纜和無(wú)線連接）；
· 直接連接到兩個(gè)IP67設(shè)備（無(wú)連接跳線傳輸片斷）；
· 使用不同介質(zhì)的傳輸片斷（如電纜載體）和大量的連接器。
辦公網(wǎng)絡(luò)只是用來(lái)整合通信而不是用來(lái)控制生產(chǎn)車間或者生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的具體生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程。對(duì)于那些只是控制生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其原理和辦公網(wǎng)絡(luò)是一致的。整合生產(chǎn)控制所需的數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)施。這種對(duì)于設(shè)備的整合可以在當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)高于現(xiàn)場(chǎng)總線子系統(tǒng)的某一層上通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)辦公網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)（如圖1）。
圖1 辦公網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的不同要求
一個(gè)顯而易見(jiàn)的方法就是建立不同的網(wǎng)絡(luò)層次體系（如圖2）：
· 工業(yè)廠房組網(wǎng)：以生產(chǎn)數(shù)據(jù)的雙向、縱向整合為目標(biāo)進(jìn)行廠房組網(wǎng)
· 單元組網(wǎng)：以生產(chǎn)過(guò)程控制為目標(biāo)進(jìn)行單元組網(wǎng)
從用戶的角度來(lái)說(shuō)，上述兩種組網(wǎng)應(yīng)用的分離并沒(méi)有完全解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的所有問(wèn)題，但是卻代表了提供恰當(dāng)專用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決方案的起點(diǎn)。
圖2 網(wǎng)絡(luò)層次：應(yīng)用分離
工業(yè)廠房和辦公室的周邊環(huán)境存在差別。可能這種差別會(huì)因?yàn)樾聫S房?jī)?nèi)還未安裝任何設(shè)備而顯得不明顯。做這種比較的目的同樣是為了建立一個(gè)能夠最優(yōu)化符合廠房未來(lái)使用要求的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中包含一個(gè)能夠符合各種使用要求的全局預(yù)布線系統(tǒng)。
評(píng)論