現場總線技術的發(fā)展與工業(yè)以太網綜述
一、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 World 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種現場總線采用的通信協議完全不同，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(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種現場總線都在各自修改其應用層協議，支持IEC61784規(guī)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(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，任何廠家的產品均可以實現互聯，這兩代儀表系統(tǒng)都得到健康發(fā)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(tǒng)一，多標準等于無標準。市場迫切需要統(tǒng)一標準的現場總線控制系統(tǒng)。只有通過制定新標準才能實現，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。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。
二、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成本低和速度的提高。Ethernet是世界上應用最多的網絡，超過93%的網絡節(jié)點為Ethernet。
Ethernet用于工業(yè)自動化有以下四個問題需要解決。
（一）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(yè)控制的實時要求。
Ethernet發(fā)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(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(fā)送一個包延時超過2ms的狀況，5年也不會發(fā)生一次。
（二）Ethernet如何滿足現場環(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場儀表供電的性能。
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 World 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種現場總線采用的通信協議完全不同，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(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種現場總線都在各自修改其應用層協議，支持IEC61784規(guī)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(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，任何廠家的產品均可以實現互聯，這兩代儀表系統(tǒng)都得到健康發(fā)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(tǒng)一，多標準等于無標準。市場迫切需要統(tǒng)一標準的現場總線控制系統(tǒng)。只有通過制定新標準才能實現，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。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。
二、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成本低和速度的提高。Ethernet是世界上應用最多的網絡，超過93%的網絡節(jié)點為Ethernet。
Ethernet用于工業(yè)自動化有以下四個問題需要解決。
（一）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(yè)控制的實時要求。
Ethernet發(fā)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(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(fā)送一個包延時超過2ms的狀況，5年也不會發(fā)生一次。
（二）Ethernet如何滿足現場環(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場儀表供電的性能。
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