現場總線與工業以太網誰主浮沉

摘要：現場總線作為工業控制領域成熟的通訊技術，在未來數年仍將保持主流地位，然而工業以太網作為明日之星，其高速增長已勢不可當。
        隨著控制、計算機、通訊、網絡等技術的發展，信息交換溝通的領域正在迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理企業的各個層次。信息技術的飛速發展，引起了自動化系統結構的變革，逐步形成以網絡集成自動化系統為基礎的企業信息系統。
統一與紛亂的工業通訊
        為統一目的而生的各類工業通訊技術，卻面臨多協議的紛亂現狀。目前，國際上比較被認可的現場總線主要有兩類，即國際電工組織的用于工業控制系統的 IEC61158標準、用于現場設備同選的IEC62026標準，還有國際標準化組織的ISO11898:1993。IEC61158是國際電工委員會測量和控制的數字數據分會和美國儀表學會聯合制定的，最早從1984年起草，經過16年的努力協調磋商，到2000年才投票通過，但是沒有實現唯一的統一標準。
        表1中的Type1是原IEC61158第一版技術規范的內容，由于該總線主要依據FF現場總線和部分吸收WorldFIP現場總線技術制定的，所以經常被理解為FF現場總線。Type2 CIP（Common Industry Protocol）包括DeviceNet、ControlNet現場總線和Ethernet/IP實時以太網。Type6 SwiftNet 現場總線由于市場推廣應用很不理想，在第四版標準中被撤銷。
        除FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET工業以太網較早進入IEC61158標準外，TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、Modbus-RTPS、VNET/IP、SERCOS III也陸續成為了IEC61158標準成員。以太網素有“一網到底”的美譽，即它可以一直延伸到企業現場設備控制層，被人們普遍認為是未來控制網絡的最佳解決方案。 

 

中國現場總線運用與國際水平同步
        與歐美發達國家相比，中國的工業通訊技術發展較晚，技術上一直處于跟隨的狀態，至今沒有一種被全球廣泛認可的現場總線標準。但是在現場總線運用方面中國發展非常迅速。
        相對其他自動化產品，中國在現場總線運用方面起點較高，國際上最主要的現場總線技術都可以在中國找到使用的案例，非流程行業使用現場總線已經非常普遍，流程行業使用現場總線技術也走在世界前列，目前世界上最大的兩個流程行業現場總線項目都在中國?？梢哉J為，在現場總線運用方面中國保持了與國際同步的水平。截至2008年底，中國在用的各類現場總線節點數超過了1331萬，實現了20%的增長。
        由于現場總線是最近20年發展起來的工業控制通訊技術，在中國是最近幾年才開始批量運用的，因此在增長迅速的行業運用相對較多，如汽車、冶金、建筑、公共設施等領域。中國最早的現場總線運用主要來自引進的先進生產線，主要在汽車、冶金、電子制造、煙草等行業。
        目前，非流程行業的用戶基本上都已經接受了現場總線。在流程行業，現場總線的運用起步較晚，用戶接受度相對較低，因此在傳統的化工、石油、電力等行業運用相對較少。

以太網技術滲透到現場設備層
        為了在競爭越來越激烈的制造業中取得成功，無論企業的規模如何，都必須更加快速地響應客戶的要求，并為客戶提供優質產品之外的其它價值。實現這些目標的最佳方式是實時、深入地了解整個制造企業的全部重要數據和商業資源。這是工業以太網部署的源動力。因而復雜技術的開放性、一致性和易用性以及消減獨立于制造商的、系統范圍的工程設計成本，成為越來越迫切的需求，這些極大推動了工業以太網快速進入現場級應用。
        與其他現場總線或工業通信網絡相比，由于具有應用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、能實現辦公自動化網絡與工業控制網絡的信息無縫集成、可持續發展潛力大等優點，從20世紀90年代中后期開始，以太網在工業自動化領域開始逐漸得到應用。以太網最早用于工業控制系統的信息層，這些應用信息量大，對實時性的要求相對較低。
        工業以太網與普通的以太網相比，需要解決可靠性、抗干擾性、實時性、本質安全等方面的問題。隨著網絡技術的發展，上述問題正在迅速得到解決。通訊速度的大幅度提高和采用恰當的網絡拓撲結構極大的改善了以太網的實時性，而采用更高品質的材料和選擇合適的通訊介質、采用更加可靠的連接方式大大提高了以太網的可靠性。工程應用實踐也表明，通過采用適當的系統設計和流量控制技術，以太網完全能夠滿足工業自動化領域的通信要求。
        如今，以太網已成為企業信息管理層、監控層網絡的首選，并有逐漸向下延伸直接應用于工業現場設備間通信的趨勢。“以太網技術將滲透到現場設備層，貫穿整個工業網絡的各個層次，實現從現場儀表到管理層設備的集成”已成為工業自動化領域的共識。
        截止2008年底，中國在用的工業以太網安裝節點數已超過5.8萬，同比增長60%。由于金融危機的影響，OEM及冶金、汽車行業受到重創，工業通訊市場增長也隨之增長放緩。但在經濟復蘇后，隨著工業以太網可能出現的問題逐漸被解決，其安裝節點數將呈連年遞增的發展趨勢。中國工控網預計到2012年工業以太網的規模將達到400萬左右。
現場總線仍將保持主流地位
        現場總線技術已經成為工業控制領域成熟的通訊技術，為廣大的自動化工程師所接受和掌握，在未來數年會保持在市場主流的地位。
        目前絕大多數工業用戶都已經認可了現場總線技術帶來的好處：降低總體構建成本、縮短施工周期、可靠性提高、系統可維護性好、系統管理功能增強。因此，在選擇控制系統通訊方式的時候，用戶更多的傾向現場總線技術。調查結果表明，已經使用過現場總線的用戶中100%希望繼續在下一個適合使用現場總線的系統中使用，而沒有使用現場總線的用戶中，83%將會在他們的新系統中嘗試使用現場總線。

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