ç¾(xiàn)場總線在工業(yè)中得到了極大的發(fā)展，但同時也存在一些我們應該注意的問題。隨著現(xiàn)場總線的應用，以太網(wÇŽng)在現(xiàn)場總線中的應用也有了很大的提高，這也是我們現(xiàn)在應該關注的。

    ä¸€ã€ç¾(xiàn)場總線的特點

    ç¾(xiàn)場總線有以下幾個特點：

    å¯äº’操作性與可互換性
    é–‹æ”¾æ€§
    å…¨æ•¸(shù)字化
    é›™å‘通信
    æ™ºèƒ½åŒ–的現(xiàn)場儀表

    äºŒã€ç¾(xiàn)場總線有哪些好處

    å¯ä»¥æ¸›å°‘1/2～2/3隔離器、端子柜、I/0卡件、I/0文件及I/0柜子；這樣就節(jié)省了I/0裝置及裝置室的空間；

    ç”±äºŽå…åŽ»äº†D/A及A/D變換，使精度可以從0.5%提高到0.1%ï¼›

    æ¸›å°‘電纜的用量，費用以節(jié)省66%或更多；

    å¯ä»¥ç”¢(chÇŽn)生先進的、智能化現(xiàn)場儀表，如多變量變送器和執(zhí)行器等，使維修預報成為可能；

    å¯ä»¥å°‡Pro功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，大大縮短控制周期。可以從DCS的每秒調節(jié)2次～3次增加到每秒調節(jié)10次～20次，改善調節(jié)性能；

    å…é™¤ä¸»æ©Ÿå…¥å£è™•çš„“瓶頸”現(xiàn)象，提高系統(tÇ’ng)的安全性和可靠性；同時也可使主機騰出手來從事優(yōu)化等工作以提高效益；

    çµ„æ…‹(tài)簡單，安裝、運行、維護簡便；

    ç”¨æˆ¶å¯ä»¥è‡ªå·±æ“‡å„ª(yōu)選擇，達到最佳集成。

    ä¸‰ã€ç¾(xiàn)場總線的局限性

    ç¾(xiàn)場總線固然會給用戶帶來效益，但它還終究處于企業(yè)網(wÇŽng)的最低層，局部雖有效益，但有時卻不能為企業(yè)帶來整體效益。因此，現(xiàn)場總線必須與企業(yè)管理自動化（如采用ERP一）相結合。也就是所謂的管控一體化。

    å››ã€æ‡‰ç”¨ç¾(xiàn)場總線應注意的若干問題

    ç¾(xiàn)場總線既然有眾多的優(yōu)點，而且已日益受到人們的重視，有的已開始應用，但是在實際應用中還有許多應該注意的問題，大致情況如下：

    1. 開放性

    é–‹æ”¾æ€§æ˜¯ç¾(xiàn)場總線系統(tÇ’ng)的主要特點之一，用戶喜歡開放式的系統(tÇ’ng)，在全世界范圍內，其中不乏價廉物美、性能優(yōu)越、服務周到的產(chÇŽn)品，用戶可以擇優(yōu)選擇從而達到最佳的集成。由于傳統(tÇ’ng)çš„DCS或PL屬于封閉式的系統(tÇ’ng)，而新一代的FCS（Fieldbus C0ntmlSvstem）屬于開放式的系統(tÇ’ng)，因此它一出現(xiàn)，便受到廣大用戶的青睞。但值得注意的是：各種現(xiàn)場總線本身雖然是開放的，但不同種類現(xiàn)場總線之間卻是不開放的。

     2. 國際標準方面

    æ¨™æº–的制定可以推動生產(chÇŽn)力的發(fā)展，保護制造廠商和用戶的利益，但以前標準的變動給我國的儀表制造商、設計院和廣大用戶帶來了極大的不便，也使我們遭受了一定的損失，所以我們一定要注意標準的變化。目前現(xiàn)場總線的國際標準已有12種之多，而且還有增加的趨勢，至于世界各國，各個大型廠商的標準更多。這種現(xiàn)象不但是空前的，而且也是極不正常的，造成的后果是不論制造廠商也好，用戶也好，面對眾多的標準，在選擇時往往感到困惑而無所適從。所以說，多標準實質上是沒有標準。

    3. 互操作性

    äº’操作性（intemperable）是現(xiàn)場總線系統(tÇ’ng)的又一特點，但不同種類現(xiàn)場總線之間是不可互操作的，雖然他們可以通過互聯(lián)網(wÇŽng)進行相互訪問，或者通過PC（OLE for Process C0ntml）J7協(xié)議進行互操作，但這種互操作只能在各自的主機間進行，不能在彼此的現(xiàn)場儀表之間直接進行。也就是說甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表不能與乙種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表直接進行互操作，而甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表必須先通過自己的主機，再借助于OPC協(xié)議到達乙種現(xiàn)場總線的主機，再下達到乙種現(xiàn)場總線現(xiàn)場儀表的目的地。反之亦然。這種互操作必須通過上述的曲折途徑才能實現(xiàn)，這對于實時控制（real time control）所要求的實時性來講，顯然是不能滿足的，因此也是沒有實際意義的。

    4. 時間的確定性

    å„種現(xiàn)場總線的通信方式也不完全相同，主要有二種形式。主一從（master—slave）式和廣播式，各有其特點。但在時間的確定性（time deterministic）上，嚴格地講是有區(qÅ«)別的，尤其對于那些特殊對象，是非常敏感的，例如發(fā)電廠對時間上的確定性，就有嚴格的要求。但是主從式現(xiàn)場總線對于時間上的確定性先天上就有所不足，所以有的主從式現(xiàn)場總線也在采取措施以彌補其不足，如采取軟件的辦法，在首發(fā)偏離的參數(shù)上進行時間上的鎖定等。這也是我們應特別注意的問題。

    5. 冗余問題

    ç”¨äºŽéŽç¨‹æŽ§åˆ¶çš„現(xiàn)場總線FF HIå’ŒPmfibus—PA都是沒有冗余的。按照現(xiàn)場總線的設計思想，低速部分是不需要冗余的，但對于某些行業(yè)，某些對象在安全方面有特殊要求的部位確實是需要冗余的；也有些企業(yè)由于國情或企業(yè)文化存在著差異，或者曾經(jÄ«ng)發(fā)生惡性事故的企業(yè)，往往也會提出不同程度的冗余要求。那么我們就要對沒有冗余的現(xiàn)場總線采取一些特殊的處理來保證企業(yè)所要求的冗余，這樣就會增加企業(yè)費用，增加企業(yè)負擔。

    6. 示范工程

    æˆ‘們都知道工程技術是實踐技術，在應用中是不允許失敗的。因此示范工程對工程設計來講十分重要。當然在設計時也不能生搬硬套，必須根據(jù)國情和工程的實際情況，通過調查研究，學習消化和吸收提高。可以用漸進的辦法，先在外圍或者輔助設施上，進而在主機不太關鍵的部位上采取措施進行試驗，取得成功后再逐步擴大，但是這需要時間。總之，示范工程是重要的，遺憾的是像樣的、具有說服力的現(xiàn)場總線大型示范工程至今還沒有看到過。

    7. 工程造價問題

    ç›®å‰åœ‹å…§ç”¨æˆ¶å°ç¡¬ä»¶çš„價格比較敏感，而對軟件的費用則往往注意不夠。在國外，硬件方面FCS與DCS的費用可能持平或略高，但在工程設計和工程的安裝、調試和開車費用方面則要低得多，因此綜合來講，總的費用要低。在國內，進口硬件的費用要高很多，但國目前人工費用低，所以工程設計、管理、安裝和調試等費用遠比國外為低。所以在應用現(xiàn)場總線時我們要時刻注意其造價走勢。

    8. 效益問題

    å°±ç¾(xiàn)在國內情況而言，應用的現(xiàn)場總線基本上都是小系統(tÇ’ng)，可效益還是很顯著的。但就現(xiàn)場總線的本質而言，系統(tÇ’ng)越大，效益越顯著。我國現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)都是舊廠改造，現(xiàn)場總線還與老式的模擬儀表相混用，大大提高工藝，所以所得效益不能全歸現(xiàn)場總線的使用，工藝和管理上的改進也是主要方面。

    9. 先進技術的采用問題

    å…ˆé€²æŠ€è¡“是發(fā)展生產(chÇŽn)力的基礎，采用先進技術以后，能為企業(yè)創(chuàng)造效益，但需要提醒的是采用先進技術需要一些必要的前提條件，不能盲目。歷史的經(jÄ«ng)驗值得注意，自20世紀80年代引進的DCS，大部分只發(fā)揮了約30%的功能即為一例。我們知道先進的自動化技術的主要目的是以最少的投人獲得最大的產(chÇŽn)出。因此，作為一個自動化的工程設計人員切不可單純地為先進而先進，為現(xiàn)場總線而現(xiàn)場總線，一定要注意實際情況。

    10. 要密切注意現(xiàn)場總線及其相關技術的進展

    ç¾(xiàn)場總線目前雖然已有12種國際標準，但它在繼續(xù)發(fā)展或改進。世界上較大的企業(yè)都在致力于現(xiàn)場總線的研究，并不斷地對現(xiàn)有的現(xiàn)場總線進行改進。如將以太網(wÇŽng)應用于現(xiàn)場總線，由于以太網(wÇŽng)過去僅適用于辦公室自動化，如今要用于工業(yè)現(xiàn)場，還有不少難題尚待去解決，如要滿足工業(yè)控制要求的實時性，工業(yè)ç’°(huán)境下的抗電磁干擾性、抗震性、耐高溫性、耐高濕性、防塵性和需向現(xiàn)場儀表供電的問題以及危險時所要求的防爆性等，問題雖然不少但全世界大型企業(yè)都在進行研究。所以我們要時刻搜集最前沿的信息，跟上現(xiàn)場總線的發(fā)展進程，及時對我們的工作做出部署。

    11. 一專多能

    ç¾(xiàn)場總線技術是控制、通信和計算機技術的綜合，牽涉到三個不同的學科；另外熟悉工業(yè)控制過程和某些行業(yè)工藝過程的制造廠結合信息技術以后，推出了EIC集成化系統(tÇ’ng)、APC先進過程控制系統(tÇ’ng)等產(chÇŽn)品，同時一些計算機制造公司與一些軟件公司則借其長于信息技術的優(yōu)勢千方百計地往下滲透，推出了基于PC（PC based）的控制系統(tÇ’ng)、軟PLC（soft PLc）和虛擬儀表等。這一上一下的兩種趨勢必然會在企業(yè)自動化系統(tÇ’ng)內有一個交匯點，而這個交匯點處于動態(tài)變化之中，要掌握這個交匯點是重要的，但也是很不容易的，因為必須了解電控、儀控、計算機和通信技術，而在應用時還須熟悉生產(chÇŽn)對象的工藝過程和對象的動態(tài)特性和管理技術。所以我們必須盡可能的來了解更多的知識和應用，盡可能的達到一專多能。

    五、以太網(wÇŽng)及其通信特點

    ä»¥å¤ªç¶²(wÇŽng)（Ethemet網(wÇŽng)絡）最初出現(xiàn)于1975年。目前主要有快速以太網(wÇŽng)和交換式以太網(wÇŽng)，還有千兆以太網(wÇŽng)和光纖以太網(wÇŽng)。以太網(wÇŽng)以前主要應用于辦公自動化，在現(xiàn)場總線中的應用還不多。以太網(wÇŽng)的主要通信特點是隨機接人、載波偵聽、碰撞檢測和沖突競爭。目前通用的以太網(wÇŽng)標準IEEE802_3使用了CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點接人）傳輸協(xié)議。根據(jù)該傳輸協(xié)議，任何需要傳輸數(shù)æ“š(jù)的節(jié)點首先要監(jiān)聽網(wÇŽng)絡，網(wÇŽng)絡繁忙時監(jiān)聽，網(wÇŽng)絡空閑時發(fā)送數(shù)æ“š(jù)，在發(fā)送數(shù)æ“š(jù)過程中繼續(xù)監(jiān)聽，檢測到?jÄ«ng)_突時立即停止發(fā)送并發(fā)出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節(jié)點此時的網(wÇŽng)絡已經(jÄ«ng)發(fā)生沖突，此時沖突各方主動退避隨機等待一段時間后再重新監(jiān)聽網(wÇŽng)絡。以太網(wÇŽng)沖突主要有兩個來源：（1）網(wÇŽng)絡空閑多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)æ“š(jù)造成的沖突；（2）節(jié)點傳輸延遲造成的沖突。因此，工業(yè)控制中采用標準以太網(wÇŽng)時將不可避免地造成沖突。這種沖突隨著通信負荷的上升而急劇增加，而在低負荷下則很少。更為嚴重的是，從純理論角度講標準以太網(wÇŽng)有可能出現(xiàn)“孤島”現(xiàn)象，即某些節(jié)點在一段時間內可能得不到傳輸數(shù)æ“š(jù)的機會。

    æ¨™æº–以太網(wÇŽng)還具有傳輸不確定性的特點，即任何變量都不能完全確保在合適時間內發(fā)送成功。除此之外，為了分辨無效幀，以太網(wÇŽng)還有可能造成帶寬浪費；不符合工業(yè)現(xiàn)å ´ç’°(huán)境要求；不具備本質安全性能；不能通過信號線向現(xiàn)場儀表供電等缺陷，因此以太網(wÇŽng)在工業(yè)控制領域方面的應用很有限。

    å…­ã€äº¤æ›å¼ä»¥å¤ªç¶²(wÇŽng)及其發(fā)展

    äº¤æ›å¼ä»¥å¤ªç¶²(wÇŽng)是根據(jù)提高以太網(wÇŽng)的傳輸效率，盡可能的減少總線競爭這個思想開發(fā)出來的新型以太網(wÇŽng)。它采用星形布線方式，所有節(jié)點都分別連接到一個交換式集線器的端口上，交換式集線器內置一個復雜的交換陣列，任何兩個端口之間都可以建立起一個傳輸信道，以標稱傳輸速度、傳輸數(shù)æ“š(jù)。優(yōu)點是不存在總線競爭，能顯著的提高系統(tÇ’ng)的傳輸效率。缺點不易控制最大傳輸時延。為了促進以太網(wÇŽng)在工業(yè)領域的應用，國際上成立了工業(yè)以太網(wÇŽng)協(xié)會（Industrial Ethemet Association），并積極開展了工業(yè)以太網(wÇŽng)關鍵技術的研究。為解決以太網(wÇŽng)在無間斷過程工業(yè)領域的極端條件下穩(wÄ›n)定工作，世界上一些大型企業(yè)專門開發(fā)和生產(chÇŽn)了導軌式收發(fā)器系列、集線器系列和交換機系列，它們安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電；接插件采用牢固的DB一9結構。

    åœ¨å·¥æ¥­(yè)控制系統(tÇ’ng)中，通過網(wÇŽng)絡傳送的數(shù)æ“š(jù)必須在確定的時間內到達目的地，此即所謂網(wÇŽng)絡的時間確定性。如PID調節(jié)器通過網(wÇŽng)絡從現(xiàn)場變送器收集數(shù)æ“š(jù)進行PID運算，為了實時實現(xiàn)PR）調節(jié)，各調節(jié)回路需要有非常一致的采樣時間，而且這些時間必須是確定的。對于這樣的實時控制，通常要求網(wÇŽng)絡的時間延遲小于2 ms～4ms。長時間的通信將惡化對象特性，使控制系統(tÇ’ng)品質下降。由于以太網(wÇŽng)時問的不確定性，現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wÇŽng)現(xiàn)場總線采用一種稱作連接裝置（Linking Device）的類似帶有開關的集線器結構，很好地解決了以太網(wÇŽng)的時間確定性問題。

美國電氣工程師協(xié)會（IEEE）正著手制定現(xiàn)場裝置與以太網(wÇŽng)通信的新標準。該標準能夠使網(wÇŽng)絡直接“看到”對象（0bject）。這為以太網(wÇŽng)進入工業(yè)控制現(xiàn)場打下了基礎。目前，現(xiàn)場總線系統(tÇ’ng)如Profihus，DeviceNet，C0ntmlnetå’ŒLJonworks等都打算使用以太網(wÇŽng)。一些大公司正在研究通過一種稱作管道（tunnel）的簡單傳遞機構使用以太網(wÇŽng)絡傳送報文。這種方法簡單可行，現(xiàn)場裝置保持不變，僅需要一個專用的以太網(wÇŽng)絡接口取代原來的總線驅動器就可完成與以太網(wÇŽng)的連接。過去，一些生產(chÇŽn)PLC為主的公司都使用以太網(wÇŽng)完成信息級通信，其中西門子公司的SLMATIC NET則將工業(yè)以太網(wÇŽng)應用到車間級，該公司有著將工業(yè)以太網(wÇŽng)向下層通信應用的趨勢。此外，生產(chÇŽn)DCS公司的投入促進了將以太網(wÇŽng)廣泛應用于過程自動化的監(jiān)控級，如Foxbor0公司將以太網(wÇŽng)用于Modbus。由此可以預見，像當年代機進入工業(yè)自動化領域一樣，以太網(wÇŽng)/IP將會十分迅速地進人工業(yè)控制系統(tÇ’ng)的各級網(wÇŽng)絡。

    ä¸ƒã€ä»¥å¤ªç¶²(wÇŽng)通信的發(fā)展lPv6簡介

    äº’聯(lián)網(wÇŽng)使用初期制定的IP地址方案（IPv4）由四組數(shù)æ“š(jù)組成。隨著以太網(wÇŽng)/IP的通信在工控和管理的應用，將引起IP地址的重復或不足。為解決IP地址“升位”的問題，IEEE在90年代早期開始了一些嘗試，第一個成果是在1995年出版的RFC l 752 （RFC Requests for Comments），描述了稱為下一代FP （LP Next Generation。IPNG）的要求，并在一些輔助性文件中描述了新協(xié)議的報頭、路由、地址以及安全性方面的特征。以后出現(xiàn)了更多的RFC，例如RFCl883，并且該協(xié)議已被官方重新命名為“Internet協(xié)議版本6”（Intemet pr0．tocol version 6，IPv6）。

    åœ¨IPv6上增加的內容中值得關注的幾點是：

    å®ƒæä¾›æ›´å¤§çš„地址空間，IPv6地址有128字節(jié)é•·ï¼›

    å®ƒé€šéŽè·¯ç”±å™¨æä¾›æ›´å¿«çš„IPv6報頭處理，并且報頭也變長了（IPA是20節(jié)，IPv6是40字節(jié)）。大多數(shù)不用路由器處理的選項被移入單獨的擴展報頭中；

    å®ƒå®šç¾©äº†LP數(shù)æ“š(jù)包提供身份驗證、保密集成的機制。

    å®ƒç‚ºæ‡‰ç”¨ç¨‹åºæä¾›äº†ä¸€ç¨®æ¨™è¨˜IP數(shù)æ“š(jù)包的方法，該數(shù)æ“š(jù)包需要特殊處理。使用此版本的典型應用程序包括多媒體應用程序和實時應用程序。IPV6地址的長度為128，一個節(jié)點能有多個接口因此就有多個IP地址。一個接口也能有多個IP地址。IM提供的地址類型有三種：單點傳送地址、多點傳送地址和任意點傳送地址。IPv6為動態(tài)IP分配提供了兩種機制：一種與“å‹•æ…‹(tài)主機配置協(xié)è­°”相似，在這種機制中，客戶向配置服務器發(fā)出請求，服務器從預配置池中取出一個值賦給它，也把這種方法稱為“用狀態(tài)配置”。服務器保持狀態(tài)信息并在限定的時間內把地址租給用戶，用戶能夠重新租用地址，如果有足夠的地址，客戶將分配到與上次相同的地址。第二種機制是一個“無狀態(tài)”機制。在這種機制下，客戶通過使用像“以太網(wÇŽng)”卡地址這樣的標識符來生成IP地址。一個IM主機可能沒有代碼來分辨地址類型。另一方面，一個IPv6路由器可能完全理解不同的地址類型，并且根據(jù)不同的地址類型采取不同的行動。

    ç¸½ä¹‹é€šéŽèªè­˜ç¾(xiàn)場總線應用應注意的問題，并理解以太網(wÇŽng)通信原理，相信我們可以很好地將現(xiàn)場總線和以太網(wÇŽng)結合起來，更好的應用于工業(yè)現(xiàn)場控制中。