工業(yè)以太網(wǎng)在現(xiàn)場總線PROFIBUS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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經(jīng)驗證［8］這種采用以太網(wǎng)集線器技術(shù)的FCS可使實時數(shù)據(jù)的延遲時間控制在200納秒的范圍之內(nèi)，這已足以滿足多數(shù)場合的實時控制要求。2、在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實時功能 一些FCS的生產(chǎn)商（如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等）在開發(fā)自己的工業(yè)以太網(wǎng)FCS時，在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中加入實時功能，此項技術(shù)被稱為“地道”［9］，它其實僅僅是在設(shè)備中加入特殊的協(xié)議芯片，這里不做具體介紹。3、工業(yè)以太網(wǎng)的研究課題 上述研究工作的進(jìn)展為以太網(wǎng)進(jìn)入FCS提供了可行性，但要使以太網(wǎng)能在FCS中發(fā)揮其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，以滿足現(xiàn)代工業(yè)控制中日益增長的數(shù)據(jù)傳輸和信息傳輸種類（如語音、圖象和視頻等）的需要，還有待于研究工作取得更大的突破性進(jìn)展。目前的研究工作應(yīng)集中解決以下兩個方面的問題：（1）盡快推出 FCS國際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)今的FCS領(lǐng)域出現(xiàn)了世界各大廠商各自為戰(zhàn)的混亂局面［10,11］。其中有影響的為Intel公司的Bitbus、德國的HART和Profibus、丹麥的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和橫河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks等。這種混亂局面是由于各大廠商為了搶占市場急于推出自己的產(chǎn)品，而FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)又遲遲不能出臺所造成的。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一使各廠家推出的FCS成為一個個“自動化孤島”，不同系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備的兼容性都很差。FCS的用戶強(qiáng)烈呼吁盡快出臺FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)，以期望實現(xiàn)FCS的“世界大同”。
1994年6月WorldFIP和ISP聯(lián)合成立了FF，它包括了世界上幾乎所有的著名控制儀表廠商在內(nèi)的100多個成員單位，致力于IEC的FCS國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。但由于部分成員為了自身利益，力圖阻止FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)出臺，形成了FF的FCS國際標(biāo)準(zhǔn)難以“一統(tǒng)天下”的令人擔(dān)憂的局面。解決這一問題的途徑是：一是要求FF在其國際標(biāo)準(zhǔn)中推出完善的用戶層和嚴(yán)格的互操作性的產(chǎn)品認(rèn)證；二是提高用戶抵制非國際標(biāo)準(zhǔn)的FCS的自覺性。（2）工業(yè)以太網(wǎng)向FCS現(xiàn)場級的延伸必須指出，圖1所示的工業(yè)以太網(wǎng)FCS中，其現(xiàn)場級總線的傳輸速度并不理想，這是因為工業(yè)以太網(wǎng)還只是在上層控制網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，而許多廠商出于安全考慮，在許多技術(shù)問題沒有解決之前，現(xiàn)場級尚未使用工業(yè)以太網(wǎng)，所以FCS總體的傳輸速度沒有什么質(zhì)的飛躍。為了實現(xiàn)以太網(wǎng)向現(xiàn)場級的延伸，除了改進(jìn)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議之外，還需要解決網(wǎng)絡(luò)的本安、現(xiàn)場設(shè)備的冗余和通過以太網(wǎng)向現(xiàn)場儀表供電等技術(shù)問題。
作者認(rèn)為，在保留FCS特色的基礎(chǔ)上解決上述問題才能使工業(yè)以太網(wǎng)具有生命力。三、工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用實例
Bayer AG公司最近在其生產(chǎn)高度腐蝕性產(chǎn)品的化工廠中成功的在原現(xiàn)場總線（Profibus）的基礎(chǔ)上應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)［12］，并且把所有的現(xiàn)場設(shè)備、控制器件和個人計算機(jī)工作站集成為一個高度可靠、低耗和實時的控制系統(tǒng),系統(tǒng)最大限度使用了數(shù)字化通訊和分布式計算技術(shù)［13］，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖中主要的現(xiàn)場設(shè)備通過GE Field I/O連到控制系統(tǒng)，每個Field I/O可直接連接超過20個Foxboro Micro-I/A現(xiàn)場級控制子系統(tǒng)。Field I/O和Micro-I/A安裝在靠近現(xiàn)場的全封閉式安全柜中。Micro-I/A可進(jìn)行邏輯控制、批量控制和連續(xù)控制?，F(xiàn)場儀表通過Field I/O設(shè)備連到工業(yè)PC上（所有設(shè)備由西門子公司提供）。它除了進(jìn)行邏輯控制和安全互鎖外，還能實現(xiàn)過程點所要求的普通控制算法。工業(yè)PC通過工業(yè)以太網(wǎng)和裝有Microsoft Windows NT操作系統(tǒng)的工作站進(jìn)行通訊，在工作站保存高級控制算法，其控制輸出通過以太網(wǎng)下載到需要高級控制運(yùn)算的現(xiàn)場儀表。Foxboro"s I/A系列工業(yè)軟件在工作站可為用戶提供報警、數(shù)據(jù)趨勢、歷史記錄、分析、報告和為操作者專門設(shè)計的可視化界面。
四、結(jié)束語
工業(yè)以太網(wǎng)的介入為FCS的發(fā)展注入了新的活力，隨著FCS國際標(biāo)準(zhǔn)的推出以及有關(guān)技術(shù)問題的突破性進(jìn)展，一個代表21世紀(jì)潮流的工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時代就會到來。
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