現場總線技術的發展與工業以太網綜述

　　現場總線標準化進程

　　8種現場總線經過14年的紛爭，最后IEC的現場總線標準化組織經投票，通過以下這8種現場總線成為IEC61158現場總線標準，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，FF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發展而來的；而FF和HSE是從傳統DCS發展而來的。這8種現場總線采用的通信 .aspx" title="協議" style="text-decoration:underline;color:blue">協議完全不同，因此，要實現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一，于是各自退回原地，開展了一場保衛各自“領地”的戰斗。目前，這8種現場總線都在各自修改其應用層協議，支持IEC61784規范，爭取通過高層協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，任何廠家的產品均可以實現互聯，這兩代儀表系統都得到健康發展。面現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一，多標準等于無標準。市場迫切需要統一標準的現場總線控制系統。只有通過制定新標準才能實現，為了加快新一代系統的，人們開始尋求新的出路。

　　幾種可能的出路是：

　　出路一　各種現場總線統一到1~2種。IEC61158的產生本身就說明這種可能性很小。
　　出路二　開發所有現場總線通用的接口，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議。主不符合經濟全球化發展趨勢。
　　出路四　采用已經是通用的國際標準Ethernet、TCP/IP等協議，并使其在工業體育場成熟應用，易于被廣大國家用戶、集成商、OEM及制造商接受和歡迎。

　　Ethernet在工業自動化中應用的若干問題

　　Ethernet進軍工業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絡，超過93%的網絡節點為Ethernet。
　　Ethernet用于工業自動化有以下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，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求。Ethernet發展的現實是：

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

　　2． Ethernet如何滿足現場環境問題

　　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，不符合工業現場惡劣環境的要求。在工廠環境中，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場儀表供電的性能。

　　隨著網絡技術的發展，上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定地工作的問題，美國Synergetic微系統公司和德國Hirschman公司專門開發和生產了導軌式收發器、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Ethernet通信接口芯片，每片價格已降至10~15美元，與各種現場總線芯片相比，具有很大的價格優勢。

　　現在的工業Ethernet現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。