工業(yè)新挑戰(zhàn)：以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線能否共存

　　對(duì)于全球通信行業(yè)來(lái)說(shuō)，一個(gè)非常重要的趨勢(shì)是不同通信網(wǎng)絡(luò)間的融合。與此相似，自動(dòng)化領(lǐng)域近兩年來(lái)對(duì)于以太網(wǎng)是否會(huì)取代現(xiàn)場(chǎng)總線的討論也非常多。以太網(wǎng)多年來(lái)在全球應(yīng)用廣泛，是一種成熟的通信標(biāo)準(zhǔn)，主要用于商業(yè)上的數(shù)據(jù)處理。進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域之后，其應(yīng)用主要是解決管理層、生產(chǎn)指揮層和控制層的任務(wù)。

　　實(shí)際上，在美國(guó)，已經(jīng)有許多工業(yè)以太網(wǎng)用于IO控制的例子，即變頻器、遠(yuǎn)程IO站全部用工業(yè)以太網(wǎng)連在一起的全以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，取代了現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線。但國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用都僅用于連接PLC和HMI。因此，國(guó)內(nèi)近兩年對(duì)于以太網(wǎng)取代現(xiàn)場(chǎng)總線討論非常熱鬧。

　　工業(yè)以太網(wǎng)及相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)備，在現(xiàn)今的自動(dòng)化技術(shù)中正在扮演著重要的角色。隨著交換網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)正在逐步進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。而且，由于交換機(jī)、冗余自愈、抗干擾和千兆網(wǎng)等技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)逐漸在技術(shù)上具備了向下延伸的條件，許多新型控制器皆提供Ethernet TCP/IP接口，目前的應(yīng)用已經(jīng)從管理層延伸到控制層。但在控制層以下，就是現(xiàn)場(chǎng)I/O層(傳感器和執(zhí)行器)還沒(méi)有形成規(guī)模應(yīng)用。

　　目前情況下，生產(chǎn)流程過(guò)   
程自動(dòng)化，與企業(yè)前面的采購(gòu)、庫(kù)存管理、財(cái)務(wù)管理分別采用兩套系統(tǒng)，就是現(xiàn)場(chǎng)總線和ERP，這兩個(gè)系統(tǒng)必須能夠互相通訊才能起到控制的作用。但是ERP和現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)合是有成本的，因?yàn)閮烧叩臄?shù)據(jù)格式不同，數(shù)據(jù)的運(yùn)行環(huán)境也不同，上面是管理層的Windows環(huán)境，下面是可編數(shù)控環(huán)境。不可否認(rèn)，在這個(gè)前提下，從技術(shù)角度看，將已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域使用成熟的以太網(wǎng)應(yīng)用向下延伸到自動(dòng)化層，作為下一代現(xiàn)場(chǎng)總線，是一個(gè)非常理想的方案。

　　如同英特爾堅(jiān)持不懈的提高芯片性能一樣，西門子等國(guó)際自動(dòng)化巨頭也在推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。PROFIBUS國(guó)際組織推廣的工業(yè)以太網(wǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)PROFINET就順應(yīng)了這一市場(chǎng)趨勢(shì)。

　　PROFINET是分布式自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代概念；它基于以太網(wǎng)，簡(jiǎn)單且無(wú)需做任何改變地集成現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(尤其是PROFIBUS 系統(tǒng))。這對(duì)于滿足從公司管理層到現(xiàn)場(chǎng)層的一致性要求是一個(gè)非常重要的方面。它的重大貢獻(xiàn)在于保護(hù)了用戶的投資，因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的部件仍可合并到PROFINET系統(tǒng)中去，無(wú)需進(jìn)行任何更改。

　　當(dāng)然，現(xiàn)在大多數(shù)廠家在選擇設(shè)備和系統(tǒng)時(shí)，還是會(huì)優(yōu)先考慮基于設(shè)備級(jí)的總線，因?yàn)楹糜枚冶阋?，還有很多種選擇，這也是以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的阻礙之一。現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)經(jīng)過(guò)了20多年的應(yīng)用，從最初簡(jiǎn)單的CON總線發(fā)展到目前共有8個(gè)不同的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，基本上可以涵蓋不同工業(yè)的生產(chǎn)控制需求。

　　而且，從使用功能上來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)系統(tǒng)異常復(fù)雜，不同行業(yè)及同行業(yè)間的自動(dòng)化需求千差萬(wàn)別，比如說(shuō)流程工業(yè)，一般生產(chǎn)線速度都很慢，以太網(wǎng)動(dòng)輒幾十兆的數(shù)據(jù)傳輸量在這里看不到優(yōu)越性。而對(duì)于機(jī)械制造業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)控制非常重要，目前以太網(wǎng)只能在應(yīng)用層解決，物理層就不太容易，如果硬要實(shí)現(xiàn)，那成本又上去了。

　　另外，以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化層還存在一些技術(shù)上的問(wèn)題，比如，原來(lái)總線是兩條線，既送電又送數(shù)據(jù)，現(xiàn)在解決以太網(wǎng)是四根線，兩根送電兩根送數(shù)據(jù)。此外，還存在安全問(wèn)題，如何防止黑客的入侵？這些問(wèn)題不改變以太網(wǎng)的性質(zhì)是很難解決的。

　　因此，以太網(wǎng)完全取代現(xiàn)場(chǎng)總線是不可能的，現(xiàn)場(chǎng)總線必然會(huì)在自動(dòng)化領(lǐng)域有自己的生存空間。而且，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，目前最重要的不是以太網(wǎng)取代現(xiàn)場(chǎng)總線，而是應(yīng)用和推廣總線。近幾年我去過(guò)很多上了ERP的工廠，但是真正做到計(jì)劃作業(yè)那層的有沒(méi)有呢？基本上沒(méi)有。為什么？生產(chǎn)線自動(dòng)化沒(méi)有完成，沒(méi)有底下的信息，就無(wú)法完成設(shè)備使用和人力資源來(lái)排優(yōu)化。因?yàn)槿擞姓?qǐng)假，設(shè)備有故障，你都預(yù)測(cè)不了，這個(gè)做不到，很難說(shuō)信息化比較好地帶動(dòng)了工業(yè)化。所以說(shuō)自動(dòng)化是信息化很好的載體，沒(méi)有自動(dòng)化設(shè)施，信息化很難實(shí)施；沒(méi)有自動(dòng)化，你怎么能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率生產(chǎn)周期提高呢？