現場總線技術的發展與工業以太網綜述
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。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。
二、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%的網絡節點為Ethernet。
Ethernet用于工業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。
(二)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。
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。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。
二、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%的網絡節點為Ethernet。
Ethernet用于工業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。
(二)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。
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