電氣自動(dòng)化控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢u 陳亞林陳亞林 n南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 能源與電氣工程學(xué)院 自動(dòng)化教學(xué)部主任n主持2009版國家維修電工題庫建設(shè)n主持2015版國家電工題庫建設(shè)n第一、二、三屆江蘇狀元賽維修電工命題n2007-2016年江蘇職業(yè)院校技能大賽機(jī)電一體化、電氣安裝、電機(jī)裝配賽項(xiàng)負(fù)責(zé)人n國家職業(yè)院校技能大賽電氣安裝與維修賽項(xiàng)專家組組長n42屆世界技能大賽機(jī)電一體化賽項(xiàng)中國隊(duì)技術(shù)指導(dǎo)專家 隨著計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、微電子等技術(shù)的發(fā)展，大量智能隨著計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、微電子等技術(shù)的發(fā)展，大量智能控制芯片和智能傳感器的不斷出現(xiàn)，以及在傳感器、通信

2、和計(jì)算機(jī)領(lǐng)控制芯片和智能傳感器的不斷出現(xiàn)，以及在傳感器、通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所取得的巨大成就使人們對系統(tǒng)綜合性能尤其是安全性能提出了越域所取得的巨大成就使人們對系統(tǒng)綜合性能尤其是安全性能提出了越來越高的要求：希望能對系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，來越高的要求：希望能對系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能維護(hù)。對企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備而言，對其工并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能維護(hù)。對企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備而言，對其工作狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，不僅可方便設(shè)備管理者隨時(shí)了解設(shè)備工作狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，不僅可方便設(shè)備管理者隨時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)報(bào)警，便于及時(shí)維修，還可

3、拓寬設(shè)備服作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)報(bào)警，便于及時(shí)維修，還可拓寬設(shè)備服務(wù)范圍，提高工作性能，延長使用壽命。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對控制網(wǎng)絡(luò)務(wù)范圍，提高工作性能，延長使用壽命。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對控制網(wǎng)絡(luò)在開放性、互連性、分散性等方面提出了更高要求。在開放性、互連性、分散性等方面提出了更高要求?，F(xiàn)狀現(xiàn)狀u 一一集集散控制系統(tǒng)散控制系統(tǒng)(DCS)u 當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍仍以大系統(tǒng)、分散對象、連續(xù)生產(chǎn)過程當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍仍以大系統(tǒng)、分散對象、連續(xù)生產(chǎn)過程(如冶金如冶金、石化、電力、石化、電力)為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散控制系統(tǒng)仍在發(fā)展。由于開放為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散控制系統(tǒng)仍在發(fā)

4、展。由于開放結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了大型分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了大型分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用。1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀 DCSDCS自自19751975年問世以來，大約有年問世以來，大約有3 3次比較大的變革，次比較大的變革，7070年代操作站的硬年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的，由各件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的，由各DCSDCS廠家自己開發(fā)并沒有動(dòng)態(tài)廠家自己開發(fā)并沒有動(dòng)態(tài)流程圖，通信網(wǎng)絡(luò)基本上是輪詢方式；流程圖，通信網(wǎng)絡(luò)基本上是輪詢方式；8080年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式；式；9090年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，年

5、代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，9090年代末通信網(wǎng)絡(luò)有的部分遵循年代末通信網(wǎng)絡(luò)有的部分遵循TCP/IPTCP/IP協(xié)議，有的開始采用以太網(wǎng)。協(xié)議，有的開始采用以太網(wǎng)。2020多年來，多年來，DCSDCS已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域并趨于成熟，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。領(lǐng)域并趨于成熟，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。雖以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的雖以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCSFCS發(fā)展很快，最終將取代傳統(tǒng)發(fā)展很快，最終將取代傳統(tǒng)DCSDCS，但其發(fā)展，但其發(fā)展仍面臨一些問題，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)仍面臨一些問題，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需和改造還需DCSDCS

6、，因此，因此FCSFCS完全取代傳統(tǒng)完全取代傳統(tǒng)DCSDCS尚有較長過程。現(xiàn)尚有較長過程?，F(xiàn)DCSDCS的新產(chǎn)的新產(chǎn)品的特點(diǎn)為：系統(tǒng)開放、管控一體化及帶有先進(jìn)控制軟件，品的特點(diǎn)為：系統(tǒng)開放、管控一體化及帶有先進(jìn)控制軟件，DCSDCS生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家也從事也從事FCSFCS的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。u 2.2.DCSDCS存在的問題存在的問題u (1)1(1)1對對1 1結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。1 1臺(tái)儀表，臺(tái)儀表，1 1對傳輸線，單向傳輸對傳輸線，單向傳輸1 1個(gè)信號。這種結(jié)構(gòu)造成接個(gè)信號。這種結(jié)構(gòu)造成接線龐雜、工程周期長、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困難。線龐雜、工程周期長、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困

7、難。u (2)(2)可靠性差。模擬信號傳輸不僅精確度低，且易受干擾。為此采用各種可靠性差。模擬信號傳輸不僅精確度低，且易受干擾。為此采用各種措施提高抗干擾性和傳輸精確度，其結(jié)果是增加了成本。措施提高抗干擾性和傳輸精確度，其結(jié)果是增加了成本。u (3)(3)失控狀態(tài)。操作員在控制室既不了解現(xiàn)場模擬儀表的工作狀況，也不失控狀態(tài)。操作員在控制室既不了解現(xiàn)場模擬儀表的工作狀況，也不能對其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測事故，導(dǎo)致操作員對其處于失控狀態(tài)。能對其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測事故，導(dǎo)致操作員對其處于失控狀態(tài)。因操作員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場儀表故障，而發(fā)生事故已屢見不鮮。因操作員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場儀表故障，而發(fā)生

8、事故已屢見不鮮。u (4)(4)互操作性差。盡管模擬儀表已統(tǒng)一互操作性差。盡管模擬儀表已統(tǒng)一4 420mA20mA信號標(biāo)準(zhǔn)，可大部分技術(shù)參信號標(biāo)準(zhǔn)，可大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造商自定，致使不同品牌儀表無法互換。因此導(dǎo)致用戶依賴制造數(shù)仍由制造商自定，致使不同品牌儀表無法互換。因此導(dǎo)致用戶依賴制造廠，無法使用性能價(jià)格比最優(yōu)的配套儀表，甚至出現(xiàn)個(gè)別制造商壟斷市場廠，無法使用性能價(jià)格比最優(yōu)的配套儀表，甚至出現(xiàn)個(gè)別制造商壟斷市場的局面。的局面。u 3.3.DCSDCS在中國在中國u 因我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和新建工程項(xiàng)目對因我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和新建工程項(xiàng)目對DCSDCS的急需，的急需，8080年代從國外引進(jìn)了年代從

9、國外引進(jìn)了幾百套幾百套DCSDCS來裝備石化、冶金、電力等行業(yè)。進(jìn)入來裝備石化、冶金、電力等行業(yè)。進(jìn)入9090年代，我國一些新型年代，我國一些新型高科技公司進(jìn)入高科技公司進(jìn)入DCSDCS領(lǐng)域。目前在國內(nèi)生產(chǎn)的領(lǐng)域。目前在國內(nèi)生產(chǎn)的DCSDCS不僅具有價(jià)格低廉、備不僅具有價(jià)格低廉、備品備件方便的優(yōu)勢，而且在技術(shù)先進(jìn)、組態(tài)學(xué)習(xí)容易、技術(shù)支持有力等品備件方便的優(yōu)勢，而且在技術(shù)先進(jìn)、組態(tài)學(xué)習(xí)容易、技術(shù)支持有力等方面都獲得用戶肯定。國內(nèi)方面都獲得用戶肯定。國內(nèi)DCSDCS生產(chǎn)的最新產(chǎn)品具有系統(tǒng)開放、兼容現(xiàn)場生產(chǎn)的最新產(chǎn)品具有系統(tǒng)開放、兼容現(xiàn)場總線、管控一體化和帶有先進(jìn)控制軟件，在技術(shù)上可初步與國外產(chǎn)品相

10、總線、管控一體化和帶有先進(jìn)控制軟件，在技術(shù)上可初步與國外產(chǎn)品相抗衡。目前，我國現(xiàn)場控制系統(tǒng)一般仍采用抗衡。目前，我國現(xiàn)場控制系統(tǒng)一般仍采用DCSDCS。u 4.4.發(fā)展方向發(fā)展方向u DCSDCS發(fā)展至今已相當(dāng)成熟和實(shí)用，毫無疑問，它仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展至今已相當(dāng)成熟和實(shí)用，毫無疑問，它仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用及選型的主流，不會(huì)隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)而立即退出現(xiàn)場過程控制的舞及選型的主流，不會(huì)隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)而立即退出現(xiàn)場過程控制的舞臺(tái)。面對挑戰(zhàn)，臺(tái)。面對挑戰(zhàn)，DCSDCS將沿著以下趨勢繼續(xù)向前發(fā)展：將沿著以下趨勢繼續(xù)向前發(fā)展：u (1)(1)向綜合方向發(fā)展：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信鏈

11、路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單向綜合方向發(fā)展：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信鏈路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單( (多多) )回路調(diào)節(jié)器、回路調(diào)節(jié)器、PLCPLC、工業(yè)、工業(yè)PCPC、NCNC等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化要等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化要求，并適應(yīng)開放式的大趨勢。求，并適應(yīng)開放式的大趨勢。u (2)(2)向智能化方向發(fā)展：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫系統(tǒng)(KBS)(KBS)和專家系統(tǒng)和專家系統(tǒng)(ES)(ES)的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷、自尋優(yōu)等，人工的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷、自尋優(yōu)等，人工智

12、能會(huì)在智能會(huì)在DCSDCS各級實(shí)現(xiàn)。與各級實(shí)現(xiàn)。與FFFF現(xiàn)場總線類似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備如現(xiàn)場總線類似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備如智能智能I/OI/O、PIDPID控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器、人機(jī)接口、控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器、人機(jī)接口、PLCPLC相繼出現(xiàn)。相繼出現(xiàn)。u (3)DCS(3)DCS工業(yè)工業(yè)PCPC化：由化：由IPCIPC組成組成DCSDCS已成為一大趨勢，已成為一大趨勢，PCPC作為作為DCSDCS的操作站或節(jié)點(diǎn)的操作站或節(jié)點(diǎn)機(jī)已很普遍，機(jī)已很普遍，PC-PLCPC-PLC、PC-STDPC-STD、PC-NCPC-NC等就是等就是PC-DCSPC-DCS

13、先驅(qū)，先驅(qū)，IPCIPC成為成為DCSDCS的硬件的硬件平臺(tái)。平臺(tái)。u (4)DCS(4)DCS專業(yè)化：專業(yè)化：DCSDCS為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解相應(yīng)專業(yè)的為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解相應(yīng)專業(yè)的工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電DCSDCS，變電站，變電站DCSDCS、玻璃、玻璃DCSDCS、水泥、水泥DCSDCS等等。u 二二現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)u 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是繼現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是繼DCS之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)帶來了工之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)帶來了工業(yè)控制領(lǐng)域的一場深刻革命。

14、現(xiàn)場總線代表一種突破意義的控制思想，改變了原有業(yè)控制領(lǐng)域的一場深刻革命?，F(xiàn)場總線代表一種突破意義的控制思想，改變了原有控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的DCS更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，真正做到危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。真正做到危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。u 1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀u 現(xiàn)場總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭鳴的階段。目前已開發(fā)出現(xiàn)場總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭鳴的階段。目前已開發(fā)出4040多多種現(xiàn)場總線，如種現(xiàn)場總線，如InterbusInterbus、BitbusBit

15、bus、DeviceNetDeviceNet、ModbusModbus、ARCentARCent、P-NetP-Net、FIPFIP、ISPISP等，其中最有影響力的有等，其中最有影響力的有5 5種，分別為種，分別為FFFF、ProfibusProfibus、HARTHART、CANCAN、LonWorksLonWorks，如表所示。，如表所示。 u FCSFCS全數(shù)字化通信使過程控制具有更高可靠性，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器全數(shù)字化通信使過程控制具有更高可靠性，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器，均為數(shù)字信號，這就使得復(fù)雜、精確的信號處理得以實(shí)現(xiàn)。因采用數(shù)字總，均為數(shù)字信號，這就使得復(fù)雜、精確的信號處理

16、得以實(shí)現(xiàn)。因采用數(shù)字總線式通信線路代替線式通信線路代替DCS 1DCS 1對對1 1的的I/OI/O連線，對于大規(guī)模連線，對于大規(guī)模I/OI/O系統(tǒng)，減少了由連線系統(tǒng)，減少了由連線帶來的不可靠，同時(shí)也降低了布線成本。此外帶來的不可靠，同時(shí)也降低了布線成本。此外FCSFCS還具有互操作性、分散性還具有互操作性、分散性、EIC(EIC(電氣傳動(dòng)、儀表、計(jì)算機(jī)電氣傳動(dòng)、儀表、計(jì)算機(jī)) )一體化等優(yōu)點(diǎn)。在由現(xiàn)場總線構(gòu)成的一體化等優(yōu)點(diǎn)。在由現(xiàn)場總線構(gòu)成的FCSFCS中中，儀表實(shí)際上已成為具有綜合功能的智能儀表。，儀表實(shí)際上已成為具有綜合功能的智能儀表。EICEIC一體化結(jié)構(gòu)恰恰是鋼鐵一體化結(jié)構(gòu)恰恰是鋼鐵

17、工業(yè)自動(dòng)化用得較多而又急需的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。工業(yè)自動(dòng)化用得較多而又急需的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。u 2.2.現(xiàn)場總線存在的不足現(xiàn)場總線存在的不足u 現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，在許多方面還需改善。現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，在許多方面還需改善。IEC 61158IEC 61158規(guī)規(guī)定了定了FFFF、ProfibusProfibus、WorldFIPWorldFIP等等8 8種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，如準(zhǔn)，如LonWorksLonWorks和和CANCAN總線等?，F(xiàn)有總線等。現(xiàn)有8 8種現(xiàn)場總線為國際標(biāo)準(zhǔn)，它們采用的種現(xiàn)場總線為國際標(biāo)準(zhǔn)，它們采用的通信

18、協(xié)議完全不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多通信協(xié)議完全不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多標(biāo)準(zhǔn)的并存，將導(dǎo)致現(xiàn)場總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)的并存，將導(dǎo)致現(xiàn)場總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。u 現(xiàn)場總線還存在著瓶頸問題，表現(xiàn)在：現(xiàn)場總線還存在著瓶頸問題，表現(xiàn)在：(1)(1)總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果；不可預(yù)知的后果；(2)(2)在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長度和在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長度和總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；

19、(3)(3)系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大。u 3.3.現(xiàn)場總線在中國現(xiàn)場總線在中國u 以智能化現(xiàn)場儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在以智能化現(xiàn)場儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但國內(nèi)使用的系控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但國內(nèi)使用的系統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒有把管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無法統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒有把管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無法發(fā)揮發(fā)揮FCSFCS降低運(yùn)行維

20、護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)沒有完全體現(xiàn)出來，現(xiàn)在國內(nèi)還有很多企業(yè)對現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成沒有完全體現(xiàn)出來，現(xiàn)在國內(nèi)還有很多企業(yè)對現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成熟可靠持懷疑態(tài)度?，F(xiàn)場總線在中國需進(jìn)一步促進(jìn)其快速發(fā)展，最主要的熟可靠持懷疑態(tài)度?，F(xiàn)場總線在中國需進(jìn)一步促進(jìn)其快速發(fā)展，最主要的則是推動(dòng)企業(yè)對現(xiàn)場總線的應(yīng)用。則是推動(dòng)企業(yè)對現(xiàn)場總線的應(yīng)用。u 我國是發(fā)展中國家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場總線。我們應(yīng)謹(jǐn)慎對待出現(xiàn)我國是發(fā)展中國家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場總線。我們應(yīng)謹(jǐn)慎對待出現(xiàn)在現(xiàn)場總線問題上的爭論，它已阻礙了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)

21、域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和在現(xiàn)場總線問題上的爭論，它已阻礙了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應(yīng)抓住網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新機(jī)遇，努力發(fā)展我國自己的現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應(yīng)抓住網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新機(jī)遇，努力發(fā)展我國自己的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。場總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。u 4.4.發(fā)展方向發(fā)展方向u 現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵含F(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵?1)(1)改善實(shí)時(shí)改善實(shí)時(shí)性，不允許有不確定性；性，不允許有不確定性；(2)(2)克服本安防爆對總線中節(jié)點(diǎn)數(shù)和電纜長度的限制克服本安防爆對總線中節(jié)點(diǎn)數(shù)和電纜長度的限制，加強(qiáng)現(xiàn)場總線本安概念理論研究；，加強(qiáng)現(xiàn)場總線

22、本安概念理論研究；(3)(3)實(shí)現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場化。實(shí)現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場化。今后，對上述今后，對上述3 3方面還要進(jìn)行積極研究、不斷探索。實(shí)時(shí)性和可互操作性是以方面還要進(jìn)行積極研究、不斷探索。實(shí)時(shí)性和可互操作性是以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用所要解決的重要問題。太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用所要解決的重要問題。u 由于由于EthernetEthernet技術(shù)的快速發(fā)展，其介入控制已成為事實(shí)。技術(shù)的快速發(fā)展，其介入控制已成為事實(shí)。EthernetEthernet的主要特的主要特點(diǎn)是：數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)、可操作性、開放性和高網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)功能包括實(shí)點(diǎn)是：數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)、可操作性、開放性和高網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)功

23、能包括實(shí)時(shí)性、可靠性等。而開放性最為重要。時(shí)性、可靠性等。而開放性最為重要。EthernetEthernet是世界上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)是世界上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)之一，受到廣泛技術(shù)開發(fā)支持，而且已使用多年，具有大量軟算機(jī)通信技術(shù)之一，受到廣泛技術(shù)開發(fā)支持，而且已使用多年，具有大量軟、硬件資源和開發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在以太網(wǎng)上層應(yīng)用的、硬件資源和開發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在以太網(wǎng)上層應(yīng)用的TCP/IPTCP/IP協(xié)議也已開發(fā)較成協(xié)議也已開發(fā)較成熟；絕大多數(shù)熟；絕大多數(shù)PCPC機(jī)均提供以太網(wǎng)接口，操作系統(tǒng)也已配備機(jī)均提供以太網(wǎng)接口，操作系統(tǒng)也已配備TCP/IPTCP/IP協(xié)議；以太協(xié)議；以太網(wǎng)適配器及其相關(guān)產(chǎn)品

24、價(jià)格低廉，一塊以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只是網(wǎng)適配器及其相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格低廉，一塊以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只是ProfibusProfibus、FFFF等現(xiàn)場總線網(wǎng)卡的一小部分；而且許多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)已向上支持以太網(wǎng)，其等現(xiàn)場總線網(wǎng)卡的一小部分；而且許多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)已向上支持以太網(wǎng)，其中主流現(xiàn)場總線中主流現(xiàn)場總線FFFF于于20002000年年3 3月宣布用以太網(wǎng)增強(qiáng)月宣布用以太網(wǎng)增強(qiáng)H2H2的方案。的方案。u 因此，一般認(rèn)為整合因此，一般認(rèn)為整合EthernetEthernet和和TCP/IPTCP/IP技術(shù)的現(xiàn)場總線是今后發(fā)展的主流體技術(shù)的現(xiàn)場總線是今后發(fā)展的主流體系和應(yīng)用熱點(diǎn)。系和應(yīng)用熱點(diǎn)。u 三三以太網(wǎng)以太網(wǎng)

25、(Ethernet)(Ethernet)u u 開放的以太網(wǎng)是開放的以太網(wǎng)是2020多年來發(fā)展最為成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)致了一場信息技術(shù)多年來發(fā)展最為成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)致了一場信息技術(shù)的革命?？梢灶A(yù)見，正如當(dāng)年的革命?？梢灶A(yù)見，正如當(dāng)年P(guān)CPC機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，采用以太網(wǎng)技機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，采用以太網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。術(shù)是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。u 1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀u 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越分散化，同時(shí)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越分散化，同時(shí)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，內(nèi)部連接越來越高速化、緊密化，更多的是系統(tǒng)細(xì)分成為獨(dú)立控制孤島，對驅(qū)部

26、連接越來越高速化、緊密化，更多的是系統(tǒng)細(xì)分成為獨(dú)立控制孤島，對驅(qū)動(dòng)器和用戶接口需求越來越多。而無論如何傳統(tǒng)動(dòng)器和用戶接口需求越來越多。而無論如何傳統(tǒng)PLCPLC技術(shù)無法滿足該要求，現(xiàn)技術(shù)無法滿足該要求，現(xiàn)場總線技術(shù)也不能提供相關(guān)性能。只有通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決，而在所有網(wǎng)絡(luò)場總線技術(shù)也不能提供相關(guān)性能。只有通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決，而在所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，以太網(wǎng)技術(shù)是最理想的選擇。技術(shù)中，以太網(wǎng)技術(shù)是最理想的選擇。u 目前以太網(wǎng)還只適合于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息層應(yīng)用。以太網(wǎng)是目前以太網(wǎng)還只適合于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息層應(yīng)用。以太網(wǎng)是ByteByte級網(wǎng)級網(wǎng)絡(luò)，只能部分代替現(xiàn)場總線作用，而將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場絡(luò)，

27、只能部分代替現(xiàn)場總線作用，而將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場I/OI/O級，這是目前工控級，這是目前工控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。2.2.EthernetEthernet的優(yōu)勢的優(yōu)勢 與以往控制網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢：與以往控制網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢：(1)(1)更高的通信帶寬。以太網(wǎng)是一種成熟、快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率更高的通信帶寬。以太網(wǎng)是一種成熟、快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為為1010100Mb/s100Mb/s。新一代以太網(wǎng)傳輸速率更快，可達(dá)。新一代以太網(wǎng)傳輸速率更快，可達(dá)1Gb/s1Gb/s，能滿足不斷增長，能滿足不斷增長的數(shù)據(jù)通信需要

28、，成為企業(yè)范圍的主干網(wǎng)絡(luò)。的數(shù)據(jù)通信需要，成為企業(yè)范圍的主干網(wǎng)絡(luò)。(2)(2)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層和企業(yè)管理層的無縫連接。以太網(wǎng)早已成為企業(yè)管理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層和企業(yè)管理層的無縫連接。以太網(wǎng)早已成為企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)的首選，將其應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的首選，將其應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的融合，促進(jìn)整個(gè)企業(yè)信息化的集成。的融合，促進(jìn)整個(gè)企業(yè)信息化的集成。(3)(3)控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面：支持以太網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面：支持以太網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較低；熟悉以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作的用戶較多，整個(gè)系統(tǒng)培訓(xùn)、維護(hù)都較容易。

29、低；熟悉以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作的用戶較多，整個(gè)系統(tǒng)培訓(xùn)、維護(hù)都較容易。(4)(4)更高穩(wěn)定性。光纖網(wǎng)絡(luò)已成為更高穩(wěn)定性。光纖網(wǎng)絡(luò)已成為InternetInternet的主干網(wǎng)絡(luò)，光纖所具有的良的主干網(wǎng)絡(luò)，光纖所具有的良好抗噪聲干擾性能使得以太網(wǎng)更適合在實(shí)時(shí)監(jiān)控的高噪聲設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境。好抗噪聲干擾性能使得以太網(wǎng)更適合在實(shí)時(shí)監(jiān)控的高噪聲設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境。3.3.EthernetEthernet在中國的應(yīng)用在中國的應(yīng)用 目前國內(nèi)對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論研究主要局限于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，部分目前國內(nèi)對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論研究主要局限于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，部分學(xué)者對建立工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討，但仍停留在概念上，未能進(jìn)入學(xué)者對建立工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討，但仍停留在概念上，未能進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究