通用现场总线系统--工业以太网

作者：时间：2013-03-07来源：网络收藏

以太网给工业用户带来的好处

工业以太网的发展源于以下两个因素：第一，提高网络中分布式自动化控制系统的性能；第二，将办公硬件整合到上述控制系统中以获取更高的成本效益。在上述两个因素的推动下，的确掀起了一阵以太网热潮，但是研究的主要目标很快就偏离了分布式自动化这个初始目标，而转移到诸如开发一套能够被自动化控制和办公网络共同使用的通用型网络协议等众多方面。理论上，这种通用性看起来好像是某种给人印象深刻、结构简单的纵向整合。以太网TCP/IP协议被作为通信应用领域的唯一标准推广。在这个过程中，人们为现场总线自动化系统开发了大量的应用规范，这些大量的应用规范却代表了现场总线系统的实际价值，但是这一事实却被人们所忽视。为了保证用户的利益，在实际应用中应该遵守这些应用规范。

人们很早就认识到了纵向整合的重要性，它包括以实现生产、预防性维护、方便的全局组网的最优化控制为中心，将从工厂生产现场层所获取的所有信息整合到办公网络中。这种最高形式的整合可以在工厂生产现场层以带有网关和代理服务器的现场总线系统为基础进行实施，也可以通过以太网独立地进行实施。有调查结果显示，关于在仪器设备上应用以太网的动机，用户期待从应用中获取以下两项核心利益：

（1）现有现场总线系统的复杂程度对通信系统的频宽提出了更高的要求。以太网可以为用户所期待的性能提升提供一个能够胜任未来应用的平台。

（2）使用专用网络处理专门任务。这就对用户操作、处理众多功能网络（自动化控制、纵向通信、图形处理、驱动控制以及安全）的能力提出了更多、更高的要求。而以太网为代表的通用型现场总线系统被认为是实现在最广泛的范围对各种网络进行接轨的合适方法。

网络中对于自动化系统的要求

从IT) 部门的角度来看待生产部门，可以将工厂看作是许多连接到某个中央IT系统的终端的集合。每台设备就如同一台以太PC工作站，并且按照ISO/IEC 11801国际标准给每台设备分配一个通信出口。与办公网络相比，自动化技术不允许未经地址转换的设备整合到现有的办公网络中。

工业上已经确定了以下各项核心要求：

· 在 10 ms的时间级别上保证网络的永久可用；
· 网络区域通过适当的设备（安全设施）保证安全；
· 在每台设备上建立物理子网；
· 安装多样化的拓扑结构（如线形、环形）和灵活的级联；
· 实时（ms和μs级别）区域的定义；
· 不同传输介质的交替以及混合使用（光纤、铜缆和无线连接）；
· 直接连接到两个IP67设备（无连接跳线传输片断）；
· 使用不同介质的传输片断（如电缆载体）和大量的连接器。

办公网络只是用来整合通信而不是用来控制生产车间或者生产设备内部的具体生产作业过程。对于那些只是控制生产过程中关键参数的现场总线系统，其原理和办公网络是一致的。整合生产控制所需的数据可以通过网络节点来实施。这种对于设备的整合可以在当前系统内高于现场总线子系统的某一层上通过标准办公网络来实现（如图1）。

图1 办公网络和工业网络的不同要求

办公网络如何应用在生产前线？

一个显而易见的方法就是建立不同的网络层次体系（如图2）：

· 工业厂房组网：以生产数据的双向、纵向整合为目标进行厂房组网
· 单元组网：以生产过程控制为目标进行单元组网

从用户的角度来说，上述两种组网应用的分离并没有完全解决异构网络的所有问题，但是却代表了提供恰当专用网络结构解决方案的起点。

图2 网络层次：应用分离