维普资讯 http://www.cqvip.com 网络中的应用与发展综述 ＿ ｌｌｌｌ＿ ＿ ｌｌｌ ｜ ｌｌ ｌ ｌ＿ｌｌｌｌ＿ ＿ 一 ｌＳ ｅ ｒ ｉ Ｐ ｅ ｘ（串联多路控制总线）。③ ＩＳＯ】ｌ８９８与１ＳＯ】】５９ｉ的ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｅｒｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ控制器局域网络）。另外 还何美国标准现场总线ＬｏｎＷｏｒｋ。 由＿１：，可以看出Ｈ前现场总线的国际 标准至少有１４种，而且还有可能增加。国 际上现有总线有数 种，使『｝ｊ较多并具有 较大影响力的现场总线主要＿仃如下５种： ①Ｆｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ基金会现场总线 （ＦＦ总线）。②Ｐｒｏｆｉｂｕｓ过程现场总线。 ③ＣＡＮ总线。④Ｌ０ｎＷＯｒｋ总线。⑤ ｔｔＡＲＴ（ＨｉｇｂｗａＹ Ａｄｄ ｒｅｓ ｓａｂ１ｅ ；的数字式、船型和多点通信的数据总线称 Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）可寻址远程传感器数据通 简要介绍了现场总线控制网络和工业以太网 为现场总线 Ｉ。通过现场总线，各种智能 路。５种现场总线技术指标如表１所示。 在工业控制中的应用现状。根据以太网的技 术特点分析了工业以太网在工业控制中的优 势与不足，并对工业以太网技术前景进行了 展望 设备（智能变送器、调节法、分析仪平【１ 分布式Ｉ／Ｏ单元）可以方便地进行数据交 换，过程控制策略可以完全在现场设备层 这５种现场总线有各自的技术特点， 已存一些特定的应用领域显示出了Ｆ｛身的 优势，并形成了一定影响。如Ｆｒ总线 ｜美龟 菰＿ ＿ ｌ ｌ现场总线；工业以太网；控制网络 次ｔ实现。 主要应用于化丁、石油、污水处理等过程 现场总线起源于欧洲，早在１ ９８４年 自动化现场；Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 广泛应用于加工制 际电工委 会ＩＥＣ（Ｉｎ Ｌｅ ｒｎ ａｔｉｏｎ ａｊ。造过程和楼宇自动化；ＣＡＮ总线…最初刚 钺 ＿ ＿＿ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｃｔｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｅｔ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ Ｅ１ｅｃＬｒｏ—ｔｅｃｈｎｉｃａ１ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）就丌始 着手制定现场总线的吲际标准，但由于技 术和利益等各方面原凶一直没有制定 统 的标准。所以各个公司根据自身的 技术和利益，制定了各自的现场总线标准， 形成了当今多种现场总线并仔的局面。 现有的现场总线标准有以下几种：① 干汽车内部测 孑执行部件之间的数据通 信协议，现已逐步发展剁机械制造、数控 机床、变电站检测设备的监控与应用卜。 闩前阁内外工业控制 络还没有形成 统一的格局，协议多种多样，埘下用户而 言，各种设备很难实现互联互通，刚络适 接较为复杂，这尢疑埘工、 络的应用及 ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｔｅｃｈｎｏｂｇｙ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ．Ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 惘 ＿ ＿ ｌ ｓｌ＿ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：Ｃｏｎｔｒｏｒ Ｎｅｔ ＩＥＣ６１１５８的ＦＦ，ＣｏｎｔｔｒｏｌＮｅＬ，Ｐｒｏｆｉｂｕｓ， 发展造成影响。而工业以人网就是针对这 Ｐ－Ｎｅｔ，Ｓｗｉｆｔ Ｎｅｔ，ＷｏｒＪｄ ＦＩＰ，Ｉｎｔｅｒｂｕｓ￣！些问题而提出来的。 Ｐｒｏｆｉｎｅｔ共８种现场总线的１０种类型。② ２工业以太网技术分析 ＩＥＣ６２０２６包括的４种现场总线国际标准： ＡＳｉ（Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）执行 ２．１工业以太叫发展现状 工业以１人网｝支术是普通以太 技术仟 工业控制 络中的延伸。所谓工业以太 网，是指其在技术上与商用以太 引言 工业控制网络作为工业企、 网络的重 ｌ要组成部分，对干企业的生产、加工及制造 具有极 重要的作用。工业控制网络主要 用来处理灾时现场信息，是网络控制系统 进行实时控芾ｆＪ信息处 的数据流通道。它 具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本 低廉等特点，对于控制系统实现网络化控 制以及工业 业实现完全分布式网络化控 制具有 要作用。工、ｌ 控制网络一般指以 控制事物对象为特征的计算机网络系统。 传感器接口；ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ；ＳＤＳ（Ｓｍａｒｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ）灵巧式分散系统； 表１ ５种现场总线技术指标 特挂 Ｐ Ｆｒ０ｆｉ ｕ 总线类型 Ｈ嘏Ｔ ｅＡ辩 Ｌｏｎｇｏｒｋ 应用范围 惶表 Ｐ ： 智能囊送器 汽车 楼字目动化、工啦自动 化等 通讯介囊 秆质谪瞄方式 列错方式 敷绒线、愈艇、 罄蛀线、光 光纤 无鳇等 掉 令牌、主肛 ＣＲＣ 电源信号线 令牌、燕询 ＣＲＣ 搬绒线、光钎 旺仲裁 Ｃ弹： 裂纹线 电力畿、电缆、 光纤无线等 、令牌、主从 ｅ矗Ｃ Ｐ—ＦＣＳＢＡ ＣＲＣ １现场总线发展现状 现场总线是运用工业和工程现场的一 种数字 络。按照国际电工委员会ＩＥＣ／ ＳＣ６５Ｃ的定义，安装在制造或过程区域的 现场装置与控制室内的自动控制装置之间 通信速率（ ｐ§） ２ ５ ｌ ２ ｉ ２ １ １ ２５ ｌ 最大节点数 忧先壤 ３２ 膏 ｉ２８ 翦 ｉ５ 有 ｉｌＯ 有 有 谋密躐 本地安垒 是 身汾认证 １４７ ＿ 维普资讯 http://www.cqvip.com 霉 疆｜ 霞鬻羲擎｜ §ｌ慧餮｜赣鬟 ≮鬟＃ ｜谯怠娥蒎 罄 鏊《罄嚣｜篱 甏 臻ｌ Ｉ ｌ１＿ ｌ ｓ 蘩 总 辑、８强 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 础 （ＩＥＥＥ８０２．３标准）兼容， 卡彳质的选Ｈ】、产 品的强度和适用性方面应能满足工、 现场 的需要，即 环境适应性、可靠性、安 全性和安装使用方面满足工业现场的需要 ｆ）ｆ ０ 式，不存 碰撞问题；③使用 拟局域 （ＶＩ ＡＮ）技术。ＶＩ ＡＮ可以克服物理位 置的限市ｌＪ，把・个特定的设备组成 个广 留存交换机上ｌ Ｉ】。随着以人 技术的发 腱，其伏时性等技术问题已经有了较好的 解决。 工业以 网在控制系统中的应用主要 有两个方面： （１）连接ＨＭＩ和Ｉ ＰＩ Ｃ控制系统，目前 以 技术经过多年的发展，特别是 在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中的广泛应用，使其成为Ｆ１前 应用最为广泛的一种局域 。以太网在技 术和产品价格上比其它类型的网络披术有 着显著的优势。随着网络技术的发展，工 播域，从而更加合理的使用带宽，增加网 络的安全性；④服务质量（ＱＯＳ）。ＱＯＳ 技术可以为工业控制数据的灾时通信提供 种保障机制；当网络过载或拥塞时，能 一确保重要控制数据传输不受延时或三失， 同时保证网络的高效运行。通常情况下， 并 需要ＱｏＳ，但当出现对精心设计的网 络也能够造成性能影响时就十分必要。 在刚内超过９５％的应用都是这种类型的Ｉ Ｉ Ｉｔ由于以太网结构简单、成本低廉， 有很好的灵活性和兼容性而且有较大的网 。业控制网络与普通计算机网络的联系更为 密切。工业控制网络技术需曼考虑与ｔ｛‘算 机网络连接的一一致性，需要提高对现场设 备通信性能的要求，这些都促使以太 进 入Ｔ业领域。 为了促进以太网在工、ｌ 领域的 用， 国际上成立了工、 以太网协会 （Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅ Ｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉ Ｏｎ． 络带宽，各主要ＰＬＣ厂‘家都推 了支持以 太Ｍ接口的ＰＬＣ和相关的通讯模块。所以‘ 目前Ｉ／ＭＩ；￣ＩＩＰＬＣ系统的连接越来越多地采 用以爪网方式。Ｎ ＴＲＯＮ交换机支持目前 市场上流行的各种工业以太网。 （２）取代现有的Ｔ业现场总线，连接变 频器和远程１０。目前 闰内这种应用例子 还比较少，施工布线规范、接地、抗干扰措 施等方面的问题还需进一步摸索。 目前，在国际上有多个组织从事工业 以太Ｍ的标准化工作，２００１年９月，我国科 技部发布了基于高速以太网技术的现场总 线设备，其研究目标是：攻克应用干丁业控 制现场的高速以太 的关键技术，其中包 括解决以太网通信的灾时性、可互操作性、 可靠性、抗干扰性和本质安全等问题，同时 研究开发相关高速以太网技术的现场设备、 网络化控制系统和系统软件。 经过几年的研究和发展，我国在攻克 以太ｌｉ＿ｌＪ实时性、总线供电和远距离传输等 一其次，上业以太网实现了与因特网的 无缝连接，实现了工业现场网络与管理层 网络的直接互通。以太网带来便利的同时 也带来了 系列的网络安全问题，包括病 毒、黑客的入侵与非法操作等刚络安全喊 协的问题。对此通常可采用网荚或防火墙 等方法，将内部控制网络与外部信息网络 系统相隔离；此外，还可以通过权限控 制、数据加密等多种安全机南ｌＪ来加强网络 的安全管理。 再次，日前已经形成较有影响力的工 业以人『圳有Ｆ Ｆ 总线高速以太网 （ＦＦｔ ＩＳＥ）㈧、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰＩ Ｉ ＩＩ、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ …｛Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＩ） Ｉ ＩＩ（光纤频道协 、Ｉ Ｅ Ａ），工业自动化开放网络联盟 （ＩｎｄｕｓｔｒｉａＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｏｐｅｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ，ＩＡＯ ＮＡ）等组织，ｆ］标足 在世界范 内推进工业以太网技术的发 展，在 业应用领域的各个层面应用以太 网。 ２．２工业以太网存在的问题及解决方法 工业以太网技术曼能在工业环境 作 为控制网络得到， 泛的应用还面临着・些 关键的技术问题： 首先，以人网最初是为办公Ｆ］动化 用开发的，采用了带 冲突检测载波监听 夺路访问协泌（ＣＳＭＡ／ＣＤ）及二进制 指数退避算法，是一种不确定性的网络， 并儿丁作环境条件较好。而工业控制 络 议），分布式自动化Ｅｔｈｅ ｒｎｅｔ等。多种 工、 以太网的存存又带来 个新的问题， 各种工业以太网使用的工业应片ｊ层协议互 不兼容，虽然这 协议都可以在同一个以 人网上运行，但是为 类型开发的Ｔ业 以太『州开发的设备之间仍然无法实现互操 作。为解决这一问题，过程控制用对象链 按与嵌人（Ｏｔ Ｃ）基金会发布了ＯＰＣ数 据交换（０ Ｐ Ｃ Ｄ Ｘ）标准，它所制定的 系列难题方面已经取得了很大的成果。 ４结语 工业以太 的发展是应需求而生的。 现在以太网在局域网市场巾已经占有８０％ 对信号的实时性、确定性的要求很高；并 』『 通常］二业应用的环境比较恶劣（如高温 或低温、强电磁干扰等）。 随营以太 带宽的迅速增加（１ ０／ １００／１０００Ｍｂｉｔ／ｓ），以及牛Ｉｊ关披术的应 用，数据传输的灾时性不断提高，为解决 以太 非确定性问题带求了新的契机，并 使这・应 成为可能。经６『ｆ究表明，有着 良好设计的以人网通信系统．１芭响应时间 ＜４ｍｓ，儿平町以满足所有【 业过程控制 婴求。 工业以太 【｛１，为解决 峡时性问题 主要采取以下措施：①采用一［：业以太网交 换机。交换机将网络分为若干 段，每个 端口就是一个碰撞域，各个碰撞域通过交 换机进行隔离，这样端ｕ之间的报文输入 ０ Ｐ Ｃ系列标准是在微软的组件对象模型 （Ｃ ０ Ｍ）、分布式组件对象模型 （ＤＣＯＭ）及ＡｃｔｉｖｅＸ的基础卜制定的关 于工、 自动化软件的一系列标准。 强份额，有着良好的ＩＴ技术基础，义具有 开放的特点。以太网作为现场总线，可以克 服现场总线／ｆ 能卜ｊ计算机网络技术同步发 展的弊病，使现场总线技术与计算机网络 技术能够很好地融合而形成相互促进的局 面。以太网真正运蚪】到控制底层还有许多 实际困难，但以太网应用下工业领域的趋 势已不可阻挡。 ３工业以太网应用现状及发展趋势 以太网是 种介质，其速度快，应 用广泛为优势。很早以前就有将以人 用 作现场总线的做法，然而，以太 的资源 得 到有效ｆｌｇ￣ｉｌ用，速度快但传输效率低 下，不ｕ丁靠等特点并不适合现场的应用要 求。ＶＩ前通过对以太 协议的修改，一些 方案大大改善了以人 的缺点。如通过修 改分布式报文结构币¨传输方式，使以 网 考§赛 ： 妖 ［１］王慧锋，何衍庆．现场总线控制系统 原理及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社． ２００６． 的高速率传输得到充分应用，拓扑结构更 为灵活，方便现场布线；通过设立专用通 道保订Ｆ寅时性，完全利用ＰＣ控制中ＰＣ资 源。另外，随着ＰＣ技术和ＩＴ的发展，以 太网物理层的很多通用部件成本越来越 低。但是，目前【玉】『人Ｊ的以太网的应用都停 ［２］徐国锋，彭亦功，胥浩伟．基于ＦＦ总 线８４８Ｔ变送器在反应器稳定监控中的应 用［Ｊ］．自动化博览．２００６，２ ５（５）． 下转第１１ ５页》§ 输出就不再受到ＣｓＭＡ／ＣＤ介质访问控制 协议的约束；②采用全双工通信模式。全 双工支持 时接收和发送数据，实行点对 点通信，不使用ＣＳＭＡ／ＣＤ介质访问方 １４８ 维普资讯 http://www.cqvip.com
