通用現(xiàn)場總線系統(tǒng)--工業(yè)以太網(wǎng)
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工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展源于以下兩個因素：第一，提高網(wǎng)絡(luò)中分布式自動化控制系統(tǒng)的性能；第二，將辦公硬件整合到上述控制系統(tǒng)中以獲取更高的成本效益。在上述兩個因素的推動下，的確掀起了一陣以太網(wǎng)熱潮，但是研究的主要目標(biāo)很快就偏離了分布式自動化這個初始目標(biāo)，而轉(zhuǎn)移到諸如開發(fā)一套能夠被自動化控制和辦公網(wǎng)絡(luò)共同使用的通用型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等眾多方面。理論上，這種通用性看起來好像是某種給人印象深刻、結(jié)構(gòu)簡單的縱向整合。以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議被作為通信應(yīng)用領(lǐng)域的唯一標(biāo)準(zhǔn)推廣。在這個過程中，人們?yōu)楝F(xiàn)場總線自動化系統(tǒng)開發(fā)了大量的應(yīng)用規(guī)范，這些大量的應(yīng)用規(guī)范卻代表了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實(shí)際價值，但是這一事實(shí)卻被人們所忽視。為了保證用戶的利益，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該遵守這些應(yīng)用規(guī)范。
人們很早就認(rèn)識到了縱向整合的重要性，它包括以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、預(yù)防性維護(hù)、方便的全局組網(wǎng)的最優(yōu)化控制為中心，將從工廠生產(chǎn)現(xiàn)場層所獲取的所有信息整合到辦公網(wǎng)絡(luò)中。這種最高形式的整合可以在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場層以帶有網(wǎng)關(guān)和代理服務(wù)器的現(xiàn)場總線系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)施，也可以通過以太網(wǎng)獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)施。有調(diào)查結(jié)果顯示，關(guān)于在儀器設(shè)備上應(yīng)用以太網(wǎng)的動機(jī)，用戶期待從應(yīng)用中獲取以下兩項(xiàng)核心利益：
（1）現(xiàn)有現(xiàn)場總線系統(tǒng)的復(fù)雜程度對通信系統(tǒng)的頻寬提出了更高的要求。以太網(wǎng)可以為用戶所期待的性能提升提供一個能夠勝任未來應(yīng)用的平臺。
（2）使用專用網(wǎng)絡(luò)處理專門任務(wù)。這就對用戶操作、處理眾多功能網(wǎng)絡(luò)（自動化控制、縱向通信、圖形處理、驅(qū)動控制以及安全）的能力提出了更多、更高的要求。而以太網(wǎng)為代表的通用型現(xiàn)場總線系統(tǒng)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)在最廣泛的范圍對各種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接軌的合適方法。
網(wǎng)絡(luò)中對于自動化系統(tǒng)的要求
從IT) 部門的角度來看待生產(chǎn)部門，可以將工廠看作是許多連接到某個中央IT系統(tǒng)的終端的集合。每臺設(shè)備就如同一臺以太PC工作站，并且按照ISO/IEC 11801國際標(biāo)準(zhǔn)給每臺設(shè)備分配一個通信出口。與辦公網(wǎng)絡(luò)相比，自動化技術(shù)不允許未經(jīng)地址轉(zhuǎn)換的設(shè)備整合到現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡(luò)中。
工業(yè)上已經(jīng)確定了以下各項(xiàng)核心要求：
· 在 10 ms的時間級別上保證網(wǎng)絡(luò)的永久可用；
· 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備（安全設(shè)施）保證安全；
· 在每臺設(shè)備上建立物理子網(wǎng)；
· 安裝多樣化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如線形、環(huán)形）和靈活的級聯(lián)；
· 實(shí)時（ms和μs級別）區(qū)域的定義；
· 不同傳輸介質(zhì)的交替以及混合使用（光纖、銅纜和無線連接）；
· 直接連接到兩個IP67設(shè)備（無連接跳線傳輸片斷）；
· 使用不同介質(zhì)的傳輸片斷（如電纜載體）和大量的連接器。
辦公網(wǎng)絡(luò)只是用來整合通信而不是用來控制生產(chǎn)車間或者生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的具體生產(chǎn)作業(yè)過程。對于那些只是控制生產(chǎn)過程中關(guān)鍵參數(shù)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其原理和辦公網(wǎng)絡(luò)是一致的。整合生產(chǎn)控制所需的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來實(shí)施。這種對于設(shè)備的整合可以在當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)高于現(xiàn)場總線子系統(tǒng)的某一層上通過標(biāo)準(zhǔn)辦公網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)（如圖1）。
圖1 辦公網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的不同要求
一個顯而易見的方法就是建立不同的網(wǎng)絡(luò)層次體系（如圖2）：
· 工業(yè)廠房組網(wǎng)：以生產(chǎn)數(shù)據(jù)的雙向、縱向整合為目標(biāo)進(jìn)行廠房組網(wǎng)
· 單元組網(wǎng)：以生產(chǎn)過程控制為目標(biāo)進(jìn)行單元組網(wǎng)
從用戶的角度來說，上述兩種組網(wǎng)應(yīng)用的分離并沒有完全解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的所有問題，但是卻代表了提供恰當(dāng)專用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決方案的起點(diǎn)。
圖2 網(wǎng)絡(luò)層次：應(yīng)用分離
工業(yè)廠房和辦公室的周邊環(huán)境存在差別。可能這種差別會因?yàn)樾聫S房內(nèi)還未安裝任何設(shè)備而顯得不明顯。做這種比較的目的同樣是為了建立一個能夠最優(yōu)化符合廠房未來使用要求的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中包含一個能夠符合各種使用要求的全局預(yù)布線系統(tǒng)。
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