1 現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)場總線是20世紀80年代中期發(fā)展起來的一種先進的控制技術(shù)，它的出現(xiàn)被譽為20世紀90年代產(chǎn)業(yè)控制領(lǐng)域的一場革命[1]。與其他產(chǎn)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線采用串行的數(shù)字通訊方式，具有實時性好、穩(wěn)定性高等特點，迅速發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的通訊網(wǎng)絡(luò)。目前現(xiàn)場總線的發(fā)展主要呈現(xiàn)以下特點：
① 多種現(xiàn)場總線標準并存
為了反映產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，國際電工委員會(IEC)于2000年公布通過了IEC61158現(xiàn)場總線標準，容納了8種互不兼容的控制層協(xié)議。2003年的新版本進一步達到了10種現(xiàn)場總線標準，另外還有3種設(shè)備級現(xiàn)場總線標準，統(tǒng)稱為“10+3”種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
同時存在這么多種國際標準，原因除了經(jīng)濟利益上的沖突以外，還有著客觀上的原因：
新技術(shù)和新事物的層出不窮，目前沒有一種現(xiàn)場總線可以滿足所有要求，用戶不得不根據(jù)自己的需要選擇不同的現(xiàn)場總線設(shè)備。因此，多種現(xiàn)場總線標準并存的現(xiàn)狀還將持續(xù)下往。
② 以太網(wǎng)技術(shù)融進現(xiàn)場總線
在OSI/ISO七層協(xié)議中，以太網(wǎng)本身只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，它的控制協(xié)議使用TCP/IP協(xié)議:TCP(transmission control protocol)用來保證傳輸?shù)目煽啃?IP(internet protocol)用來確定信息傳遞路線。
隨著過程控制領(lǐng)域內(nèi)上層通訊與互聯(lián)網(wǎng)通訊一樣逐步同一到以太網(wǎng)，將以太網(wǎng)用于產(chǎn)業(yè)控制的呼聲越來越高。以太網(wǎng)融進現(xiàn)場總線的最大障礙是以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層采用CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測)介質(zhì)訪問控制協(xié)議，這種協(xié)議在負載較重的情況下，會由于在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生碰撞而產(chǎn)生擁塞，影響數(shù)據(jù)的實時性。另外以太網(wǎng)一般抗干擾性能較差，不具備本質(zhì)安全性能，不能向現(xiàn)場儀表供電。但隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，它的傳送速率大幅度進步，物理層標準的產(chǎn)業(yè)化以及千兆以太網(wǎng)技術(shù)和無碰撞全雙工光纖技術(shù)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)技術(shù)的實時性得到進步，使其逐步可以應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，形成了產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)[13]。
與傳統(tǒng)現(xiàn)場總線相比，產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)有著明顯的上風。它可以實現(xiàn)智能化現(xiàn)場設(shè)備的功能自治性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性以及監(jiān)管控一體化，具有低本錢、高性能的特點[9]。
現(xiàn)在常用的產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)主要包括美國 Rockwell 公司推出的Ethernet/IP、德國Siemens 公司推出的ProfiNet、法國施奈德公司推出的Modbus/TCP 等[5]。2004 年1 月，IEC/SC65C 將包括中國開發(fā)的以太網(wǎng)協(xié)議EPA 在內(nèi)的6 種非國際標準以太網(wǎng)技術(shù)作為IEC 的PAS(publicly
available specification)文件出版，協(xié)議標準的國際化將使得產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)取得更加迅猛的發(fā)展。
?、?無線現(xiàn)場總線發(fā)展迅速
無線現(xiàn)場總線(R-fieldbus)的提出旨在利用現(xiàn)有的迅猛發(fā)展的無線移動通訊技術(shù)，在有線的計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的支持下，實現(xiàn)一種在工廠的現(xiàn)場設(shè)備層的、具有無線移動接進能力的、能傳輸多媒體信息的高性能無線現(xiàn)場總線，使信息能夠從Internet 層，工廠的監(jiān)控層到現(xiàn)場設(shè)備控制層之間實現(xiàn)無縫隙的交換與溝通、透明的集成與融合。無線現(xiàn)場總線能夠集成解決產(chǎn)業(yè)環(huán)境下諸如移動對象、危險環(huán)境對象與傳統(tǒng)的有線連接對象之間的符合產(chǎn)業(yè)級實時要求的、可靠的、兼顧多媒體大容量數(shù)據(jù)的通訊和控制題目。
在滿足無線與有線集成后系統(tǒng)的實時性和可靠性要求的條件下，無線現(xiàn)場總線可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場層應(yīng)用無線數(shù)字通訊技術(shù)，使它與原有的有線網(wǎng)絡(luò)有機地集成為一體，讓無線網(wǎng)段成為有線網(wǎng)段的自然擴展，真正地把每一個需要接進企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)設(shè)備都連成一體。</f
