工業(yè)以太網在現(xiàn)場總線PROFIBUS控制系統(tǒng)中的應用
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經驗證［8］這種采用以太網集線器技術的FCS可使實時數(shù)據(jù)的延遲時間控制在200納秒的范圍之內，這已足以滿足多數(shù)場合的實時控制要求。2、在以太網的協(xié)議中加入實時功能 一些FCS的生產商（如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等）在開發(fā)自己的工業(yè)以太網FCS時，在工業(yè)以太網協(xié)議中加入實時功能，此項技術被稱為“地道”［9］，它其實僅僅是在設備中加入特殊的協(xié)議芯片，這里不做具體介紹。3、工業(yè)以太網的研究課題 上述研究工作的進展為以太網進入FCS提供了可行性，但要使以太網能在FCS中發(fā)揮其強大的網絡優(yōu)勢，以滿足現(xiàn)代工業(yè)控制中日益增長的數(shù)據(jù)傳輸和信息傳輸種類（如語音、圖象和視頻等）的需要，還有待于研究工作取得更大的突破性進展。目前的研究工作應集中解決以下兩個方面的問題：（1）盡快推出 FCS國際標準當今的FCS領域出現(xiàn)了世界各大廠商各自為戰(zhàn)的混亂局面［10,11］。其中有影響的為Intel公司的Bitbus、德國的HART和Profibus、丹麥的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和橫河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks等。這種混亂局面是由于各大廠商為了搶占市場急于推出自己的產品，而FCS的國際標準又遲遲不能出臺所造成的。標準的不統(tǒng)一使各廠家推出的FCS成為一個個“自動化孤島”，不同系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的兼容性都很差。FCS的用戶強烈呼吁盡快出臺FCS的國際標準，以期望實現(xiàn)FCS的“世界大同”。
1994年6月WorldFIP和ISP聯(lián)合成立了FF，它包括了世界上幾乎所有的著名控制儀表廠商在內的100多個成員單位，致力于IEC的FCS國際標準化工作。但由于部分成員為了自身利益，力圖阻止FCS的國際標準出臺，形成了FF的FCS國際標準難以“一統(tǒng)天下”的令人擔憂的局面。解決這一問題的途徑是：一是要求FF在其國際標準中推出完善的用戶層和嚴格的互操作性的產品認證；二是提高用戶抵制非國際標準的FCS的自覺性。（2）工業(yè)以太網向FCS現(xiàn)場級的延伸必須指出，圖1所示的工業(yè)以太網FCS中，其現(xiàn)場級總線的傳輸速度并不理想，這是因為工業(yè)以太網還只是在上層控制網絡中應用，而許多廠商出于安全考慮，在許多技術問題沒有解決之前，現(xiàn)場級尚未使用工業(yè)以太網，所以FCS總體的傳輸速度沒有什么質的飛躍。為了實現(xiàn)以太網向現(xiàn)場級的延伸，除了改進以太網的通訊協(xié)議之外，還需要解決網絡的本安、現(xiàn)場設備的冗余和通過以太網向現(xiàn)場儀表供電等技術問題。
作者認為，在保留FCS特色的基礎上解決上述問題才能使工業(yè)以太網具有生命力。三、工業(yè)以太網的應用實例
Bayer AG公司最近在其生產高度腐蝕性產品的化工廠中成功的在原現(xiàn)場總線（Profibus）的基礎上應用工業(yè)以太網的控制網絡［12］，并且把所有的現(xiàn)場設備、控制器件和個人計算機工作站集成為一個高度可靠、低耗和實時的控制系統(tǒng),系統(tǒng)最大限度使用了數(shù)字化通訊和分布式計算技術［13］，其結構如圖2所示。
圖中主要的現(xiàn)場設備通過GE Field I/O連到控制系統(tǒng)，每個Field I/O可直接連接超過20個Foxboro Micro-I/A現(xiàn)場級控制子系統(tǒng)。Field I/O和Micro-I/A安裝在靠近現(xiàn)場的全封閉式安全柜中。Micro-I/A可進行邏輯控制、批量控制和連續(xù)控制?，F(xiàn)場儀表通過Field I/O設備連到工業(yè)PC上（所有設備由西門子公司提供）。它除了進行邏輯控制和安全互鎖外，還能實現(xiàn)過程點所要求的普通控制算法。工業(yè)PC通過工業(yè)以太網和裝有Microsoft Windows NT操作系統(tǒng)的工作站進行通訊，在工作站保存高級控制算法，其控制輸出通過以太網下載到需要高級控制運算的現(xiàn)場儀表。Foxboro"s I/A系列工業(yè)軟件在工作站可為用戶提供報警、數(shù)據(jù)趨勢、歷史記錄、分析、報告和為操作者專門設計的可視化界面。
四、結束語
工業(yè)以太網的介入為FCS的發(fā)展注入了新的活力，隨著FCS國際標準的推出以及有關技術問題的突破性進展，一個代表21世紀潮流的工業(yè)以太網的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時代就會到來。
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