廣義現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)以太網(wǎng)
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以上的解決方案基本上都是采用快速以太網(wǎng)(IEEE 802.3u)作為低兩層協(xié)議，第3、4層采用TCP/IP協(xié)議簇，再加上各自原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層和設(shè)備行規(guī)，將各自的應(yīng)用層數(shù)據(jù)封裝成TCP/IP的格式進(jìn)行傳輸。工業(yè)以太網(wǎng)用作過(guò)程控制領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)總線還要解決總線供電和本質(zhì)安全問(wèn)題，這也是目前正在研究的重要問(wèn)題。
由ODVA支持的Ethernet/IP(以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議)是一種性能優(yōu)良的協(xié)議[12]，其應(yīng)用層稱為CIP(控制與信息協(xié)議)，和ControlNet、DeviceNet總線的應(yīng)用層完全相同并使用相同的設(shè)備行規(guī)，從而實(shí)現(xiàn)和ControlNet/DeviceNet總線系統(tǒng)的無(wú)縫連接并共同使用。CIP采用了一種叫做生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通信模式，允許網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)從一個(gè)數(shù)據(jù)源存取同一數(shù)據(jù)，提高了通信效率。EtherNet/IP的結(jié)構(gòu)如圖1的左邊所示，應(yīng)用層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(I/O控制數(shù)據(jù))由傳輸層的UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào))協(xié)議傳送，非實(shí)時(shí)的顯式報(bào)文(Explicit Messaging)則由傳輸層的TCP(傳輸控制協(xié)議)傳送。UDP為無(wú)連接協(xié)議，軟件開(kāi)銷小，傳輸速度快。TCP為面向連接的協(xié)議，適合于傳輸較長(zhǎng)的報(bào)文。Ethernet/IP有免費(fèi)的協(xié)議文本供使用(免費(fèi)下載)，有開(kāi)發(fā)工具并已有產(chǎn)品，故Ethernet/IP的性能和開(kāi)發(fā)的成本及難度在幾種方案中均處于優(yōu)勢(shì)。
以太網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用成了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，有人預(yù)言工業(yè)以太網(wǎng)將會(huì)取代所有的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)而一統(tǒng)天下，實(shí)現(xiàn)人們夢(mèng)寐以求的統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線。用以太網(wǎng)替代設(shè)備級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線也容易實(shí)現(xiàn)，只要在現(xiàn)場(chǎng)儀表中裝上以太網(wǎng)收發(fā)器及協(xié)議芯片，就能將儀表掛到以太網(wǎng)上。但筆者認(rèn)為，這種統(tǒng)一是不現(xiàn)實(shí)的，也是不必要的。因?yàn)椋?
(1) 不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的特點(diǎn)，一種現(xiàn)場(chǎng)總線(以太網(wǎng))難以滿足要求。如有的場(chǎng)合需要高抗干擾，有的場(chǎng)合需要遠(yuǎn)距離傳輸，但并不需要大的帶寬，有的場(chǎng)合不適宜采用星形網(wǎng)絡(luò)等等。
(2) 采用導(dǎo)線的以太網(wǎng)單個(gè)網(wǎng)段長(zhǎng)度有限，光纖網(wǎng)成本高且不能實(shí)現(xiàn)總線供電。
(3) 采用導(dǎo)線的高速網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力比低速網(wǎng)絡(luò)差。
(4) 在簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備尤其是開(kāi)關(guān)量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的應(yīng)用中，采用DeviceNet、SDS、AS I、Seriplex等在成本、性能上將優(yōu)于以太網(wǎng)。
(5) 即使大家都使用工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，但商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致使用不同的應(yīng)用層協(xié)議。
六、結(jié)束語(yǔ)
多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)共存，但總線的種類有可能會(huì)逐步減少到幾種。工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍會(huì)迅速擴(kuò)大，但不會(huì)出現(xiàn)以太網(wǎng)一統(tǒng)天下的局面。多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)簡(jiǎn)化成為一種或兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就是工業(yè)以太網(wǎng)，兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就是工業(yè)以太網(wǎng)加上一級(jí)設(shè)備網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)由過(guò)程工業(yè)、制造業(yè)、電力、環(huán)境等的系統(tǒng)監(jiān)控滲透到了變配電設(shè)備、車輛、機(jī)床、機(jī)器人等的內(nèi)部，正在徹底改變測(cè)控系統(tǒng)乃至變配電設(shè)備、機(jī)床、車輛本身的設(shè)計(jì)思想。我國(guó)的這些行業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平或產(chǎn)品的技術(shù)含量，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
參考文獻(xiàn)
[1]http：//www.iec.ch
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[7]http://www.auburnarmature.com/techsupp/networks/seriplex.html
[8]http://www.sercos.com
[9]http://www.sercos.de
[10]馮曉升．中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)體系的形成與實(shí)施．世界儀表與自動(dòng)化(IIAC′2001論文集)，2001．9：138～142
[11]http://www.industrialethernet.com/
[12]ODVA CI,Ethernet/IP Specification,Release 1.0,June 5,2001 (end)
評(píng)論