现场总线技术的发展与工业以太网综述

现场总线标准化进程

　　8种现场总线经过14年的纷争，最后IEC的现场总线标准化组织经投票，通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准，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是专用总线；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC发展而来的；而FF和HSE是从传统DCS发展而来的。这8种现场总线采用的通信 .aspx" title="协议" style="text-decoration:underline;color:blue">协议完全不同，因此，要实现这些总线的兼容和互操作是十分困难的。

　　由于各生产厂商要尽可能地控制市场份额，保护各自过去的投资利益，经过14年的长期急诊而意见难以统一，于是各自退回原地，开展了一场保卫各自“领地”的战斗。目前，这8种现场总线都在各自修改其应用层协议，支持IEC61784规范，争取通过高层协议以达到相互兼容之目的。如2002年完成工作，将使IEC61158成为一个基本统一的、由多部分组成的标准。

　　众所周知，最早的气动单元组合仪表采用0.2~1.0N/cm2统一标准化气动信号，电动单组合仪表采用4~20mA标准化信号互联，任何厂家的产品均可以实现互联，这两代仪表系统都得到健康发展。面现场总线由于来自不同产品和生产厂家，经14年争论也无法达成统一，多标准等于无标准。市场迫切需要统一标准的现场总线控制系统。只有通过制定新标准才能实现，为了加快新一代系统的，人们开始寻求新的出路。

　　几种可能的出路是：

　　出路一　各种现场总线统一到1~2种。IEC61158的产生本身就说明这种可能性很小。
　　出路二　开发所有现场总线通用的接口，成本较高且难度较大。
　　出路三　各国不理睬IEC61158，采用自主知识产权的协议。主不符合经济全球化发展趋势。
　　出路四　采用已经是通用的国际标准Ethernet、TCP/IP等协议，并使其在工业体育场成熟应用，易于被广大国家用户、集成商、OEM及制造商接受和欢迎。

　　Ethernet在工业自动化中应用的若干问题

　　Ethernet进军工业自动化的主要动力是：①成本低；②速度的提高，因普通遍应用所形成的硬件资源、软件资源和广泛支持。Ethernet是世界上应用最多的网络，超过93%的网络节点为Ethernet。
　　Ethernet用于工业自动化有以下4个问题需要解决。

　　1． 实时性问题

　　实时性就是信号传输足够快加上确定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求。Ethernet发展的现实是：

　　 交换式100M Ethernet已广泛应用，能提供足够的带宽和减少冲突。
　　 全双工网络和具优先权的传送机制得保证确定性。
　　 典型的工业应用，峰值负载为10M Ethernet的5%，在100M Ethernet网络负载为0.5%，而Ethernet只有当负载达40%以上时才会有明显的延迟现象。
　　 在100M Ethernet网中，发送一个包延时超过2ms的状况，5年也不会发生一次。美国电力研究院的实验结果可保证4ms以内。

　　2． Ethernet如何满足现场环境问题

　　Ethernet所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求。在工厂环境中，Ethernet抗干扰性能较差。若用于危险场合，它不具备本安特性，也不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。

　　随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定地工作的问题，美国Synergetic微系统公司和德国Hirschman公司专门开发和生产了导轨式收发器、集线器和交换机系列产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。

　　美国NET silicon公司研制的工业Ethernet通信接口芯片，每片价格已降至10~15美元，与各种现场总线芯片相比，具有很大的价格优势。

　　现在的工业Ethernet现场总线采用一种称为连接装置（linking device）类似带开关的集线器结构，很好地解决了Ethernet的时间确定性问题。目前，PROFIBUSDeviceNet,ControlNet和LonWorks等都打算使用Ethernet。这些公司都在研究通过隧道（Turnel）的简单传输机构，使用Ethernet传送报文。