現(xiàn)場總線技術的發(fā)展與工業(yè)以太網(wǎng)綜述

　　現(xiàn)場總線標準化進程

　　8種現(xiàn)場總線經過14年的紛爭，最后IEC的現(xiàn)場總線標準化組織經投票，通過以下這8種現(xiàn)場總線成為IEC61158現(xiàn)場總線標準，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，F(xiàn)F之高速Ethernet即HSE。其中，P-Net和Swift Net是專用總線；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC發(fā)展而來的；而FF和HSE是從傳統(tǒng)DCS發(fā)展而來的。這8種現(xiàn)場總線采用的通信 .aspx" title="協(xié)議" style="text-decoration:underline;color:blue">協(xié)議完全不同，因此，要實現(xiàn)這些總線的兼容和互操作是十分困難的。

　　由于各生產廠商要盡可能地控制市場份額，保護各自過去的投資利益，經過14年的長期急診而意見難以統(tǒng)一，于是各自退回原地，開展了一場保衛(wèi)各自“領地”的戰(zhàn)斗。目前，這8種現(xiàn)場總線都在各自修改其應用層協(xié)議，支持IEC61784規(guī)范，爭取通過高層協(xié)議以達到相互兼容之目的。如2002年完成工作，將使IEC61158成為一個基本統(tǒng)一的、由多部分組成的標準。

　　眾所周知，最早的氣動單元組合儀表采用0.2~1.0N/cm2統(tǒng)一標準化氣動信號，電動單組合儀表采用4~20mA標準化信號互聯(lián)，任何廠家的產品均可以實現(xiàn)互聯(lián)，這兩代儀表系統(tǒng)都得到健康發(fā)展。面現(xiàn)場總線由于來自不同產品和生產廠家，經14年爭論也無法達成統(tǒng)一，多標準等于無標準。市場迫切需要統(tǒng)一標準的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。只有通過制定新標準才能實現(xiàn)，為了加快新一代系統(tǒng)的，人們開始尋求新的出路。

　　幾種可能的出路是：

　　出路一　各種現(xiàn)場總線統(tǒng)一到1~2種。IEC61158的產生本身就說明這種可能性很小。
　　出路二　開發(fā)所有現(xiàn)場總線通用的接口，成本較高且難度較大。
　　出路三　各國不理睬IEC61158，采用自主知識產權的協(xié)議。主不符合經濟全球化發(fā)展趨勢。
　　出路四　采用已經是通用的國際標準Ethernet、TCP/IP等協(xié)議，并使其在工業(yè)體育場成熟應用，易于被廣大國家用戶、集成商、OEM及制造商接受和歡迎。

　　Ethernet在工業(yè)自動化中應用的若干問題

　　Ethernet進軍工業(yè)自動化的主要動力是：①成本低；②速度的提高，因普通遍應用所形成的硬件資源、軟件資源和廣泛支持。Ethernet是世界上應用最多的網(wǎng)絡，超過93%的網(wǎng)絡節(jié)點為Ethernet。
　　Ethernet用于工業(yè)自動化有以下4個問題需要解決。

　　1． 實時性問題

　　實時性就是信號傳輸足夠快加上確定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測方式，網(wǎng)絡負荷較大時，網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求。Ethernet發(fā)展的現(xiàn)實是：

　　 交換式100M Ethernet已廣泛應用，能提供足夠的帶寬和減少沖突。
　　 全雙工網(wǎng)絡和具優(yōu)先權的傳送機制得保證確定性。
　　 典型的工業(yè)應用，峰值負載為10M Ethernet的5%，在100M Ethernet網(wǎng)絡負載為0.5%，而Ethernet只有當負載達40%以上時才會有明顯的延遲現(xiàn)象。
　　 在100M Ethernet網(wǎng)中，發(fā)送一個包延時超過2ms的狀況，5年也不會發(fā)生一次。美國電力研究院的實驗結果可保證4ms以內。

　　2． Ethernet如何滿足現(xiàn)場環(huán)境問題

　　Ethernet所用的接插件、集線器、交換機和電纜等是為辦公室應用而設計的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。在工廠環(huán)境中，Ethernet抗干擾性能較差。若用于危險場合，它不具備本安特性，也不具備通過信號線向現(xiàn)場儀表供電的性能。

　　隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)應用領域，在極端條件下網(wǎng)絡也能穩(wěn)定地工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschman公司專門開發(fā)和生產了導軌式收發(fā)器、集線器和交換機系列產品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構。

　　美國NET silicon公司研制的工業(yè)Ethernet通信接口芯片，每片價格已降至10~15美元，與各種現(xiàn)場總線芯片相比，具有很大的價格優(yōu)勢。

　　現(xiàn)在的工業(yè)Ethernet現(xiàn)場總線采用一種稱為連接裝置（linking device）類似帶開關的集線器結構，很好地解決了Ethernet的時間確定性問題。目前，PROFIBUSDeviceNet,ControlNet和LonWorks等都打算使用Ethernet。這些公司都在研究通過隧道（Turnel）的簡單傳輸機構，使用Ethernet傳送報文。