模塊6 工業(yè)機(jī)器人通訊

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)模塊六工業(yè)機(jī)器人通訊在當(dāng)今高度信息化的時代，信息和通信已成為現(xiàn)代社會的“命脈”。信息作為一種資源，只有通過廣泛的傳播、交流與共享，才能產(chǎn)生利用價值。而通信作為傳輸信息的手段，伴隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和微電子等技術(shù)，正在向著數(shù)字化、智能化、高速化、寬帶化、綜合化、移動與個人化等方向飛速發(fā)展。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)張，很多工業(yè)機(jī)器人只是集成工作站內(nèi)的一部分，工業(yè)機(jī)器人需要與各種外部設(shè)備、傳感器以及多臺機(jī)器人組成的集成工作站配合使用，它們之間的協(xié)作都離不開信號的收發(fā)與傳遞。目錄單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)單元2

I/O通信單元3現(xiàn)場總線單元4工業(yè)以太網(wǎng)單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信是發(fā)送者（人或機(jī)器）和接收者之間通過某種媒介進(jìn)行的信息傳遞。實現(xiàn)通信的手段有很多，例如，古戰(zhàn)場上通過鳴金和擊鼓傳遞作戰(zhàn)命令，利用烽火臺傳遞敵情，以及現(xiàn)代社會的電報、電話、廣播、電視和計算機(jī)通信等?，F(xiàn)代通信技術(shù)是利用電信號來傳輸信息的，大致分為兩個階段：第一階段是電通信階段，第二階段是電子信息通訊。

1837年，美國人塞繆爾·莫爾斯制造出了世界上第一臺電報機(jī)，并設(shè)計了利用“點(diǎn)”“劃”和“間隔”將信息轉(zhuǎn)換成一串或長或短的電脈沖的莫爾斯密碼，如圖6-1-1所示。1844年5月24日，莫爾斯在美國國會大廳向40英里（1英里=1.609344千米）以外的巴爾的摩發(fā)送了人類歷史上第一封長途電報，開啟了電信時代。一、通信的發(fā)展歷程單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

1843年，美國物理學(xué)家亞歷山大·貝恩根據(jù)鐘擺原理發(fā)明了傳真，如圖6－1－2所示。1850年，美國的弗·貝克韋爾采用“滾筒和絲杠”裝置代替了亞歷山大·貝恩的鐘擺方式，使傳真技術(shù)前進(jìn)了一步。1865年，伊朗人阿巴卡捷里根據(jù)貝恩和貝克韋爾提出的原理，制造出實用的傳真機(jī)，并在法國的巴黎、里昂和馬賽等城市之間進(jìn)行了傳真通信實驗。一、通信的發(fā)展歷程單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

1875年，亞歷山大·貝爾發(fā)明了世界上第一臺電話機(jī)，并于1878年在相距300千米的波士頓和紐約之間進(jìn)行了首次長途電話實驗，如圖6－1－3所示。如今，電話已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷耐ㄐ欧绞街弧Ｒ?、通信的發(fā)展歷程單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

1901年，意大利工程師伽利爾摩·馬可尼（圖6－1－4）發(fā)明了無線電設(shè)備，并從英格蘭發(fā)射無線電信息越過大西洋，成功到達(dá)加拿大。一、通信的發(fā)展歷程單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)的埃克特和莫希利研制出世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC，讓高速計算能力成為現(xiàn)實。二進(jìn)制的廣泛應(yīng)用觸發(fā)了更高級別的通信機(jī)制——“數(shù)字通信”，加速了通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

1969年，美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺可編程控制器（PDP14），在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著。1971年，日本研制出第一臺可編程控制器（DCS8）。1973年，德國研制出第一臺可編程控制器。1974年，我國開始研制可編程控制器。1977年，我國開始在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。一、通信的發(fā)展歷程單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

1.消息本書中的消息是指通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο?，它是信息的載體，例如語音、音樂、活動圖片、文字、符號、數(shù)據(jù)等。消息可以分成兩大類：連續(xù)消息和離散消息。連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或不可數(shù)，如語音、溫度數(shù)據(jù)等；離散消息則是指消息具有可數(shù)的有限個狀態(tài)，例如符號、文字、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。

2.信息信息是消息中所包含的有效內(nèi)容。信息與消息的關(guān)系可以這樣理解：消息是信息的物理表現(xiàn)形式，而信息是消息的內(nèi)涵。例如播報天氣，語音是天氣預(yù)報的表現(xiàn)形式，而天氣情況是語音的內(nèi)涵。在當(dāng)今社會中，信息已成為十分寶貴的資源，如何有效而可靠地傳輸信息是本書研究的主要內(nèi)容。二、消息、信息與信號單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)

3.信號信號是消息的傳輸載體。在電信系統(tǒng)中，傳輸?shù)氖请娦盘?。為了將各種消息（如一幅圖片）通過線路傳輸，必須首先將消息轉(zhuǎn)變成電信號（如電壓、電流、電磁波等），也就是把消息載荷在電信號的某個參量（如正弦波的幅度、頻率或相位，脈沖波的幅度、寬度或位置）上。由于消息可以分為兩大類，所以信號也相應(yīng)分為兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。（1）模擬信號：載荷消息的信號參量取值是連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）的，如電話機(jī)送出的語音信號，其電壓瞬時值是隨時間連續(xù)變化的。模擬信號有時也稱連續(xù)信號，連續(xù)的含義是指信號載荷的參數(shù)連續(xù)變化，在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，但不一定在時間上連續(xù)。（2）數(shù)字信號：載荷消息的信號參量只有有限個取值，如電報機(jī)、計算機(jī)輸出的信號。最典型的數(shù)字信號是只有兩種取值的信號。二、消息、信息與信號單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)消息與電信號之間的轉(zhuǎn)換通常由各種傳感器來實現(xiàn)。例如，話筒（聲音傳感器）把聲波轉(zhuǎn)變成音頻電信號，攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)變成視頻電信號，熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉(zhuǎn)變成電信號等。綜上所述，消息、信息和信號三者之間既有聯(lián)系又有不同，即：消息是信息的物理形式，信息是消息的有效內(nèi)容，信號是信息的傳輸載體?；趯ι鲜鰞?nèi)容的理解，電信就是利用電信號傳輸信息。二、消息、信息與信號單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地。對于電通信來說，首先要把消息轉(zhuǎn)變成電信號，然后經(jīng)過發(fā)送設(shè)備，將信號送入信道，在接收端利用接收設(shè)備對接收信號作相應(yīng)的處理后，送給信宿再轉(zhuǎn)換為原來的消息。這個過程可用圖6－1－5所示的通信系統(tǒng)一般模型來概括。三、通信系統(tǒng)的一般模型單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)（一）信源信源的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。根據(jù)消息的種類不同，信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號，如話筒（聲音→音頻信號）、攝像機(jī)（圖像→視頻信號）；數(shù)字信源則輸出離散的數(shù)字信號，如電傳機(jī)（鍵盤字符→數(shù)字信號）；計算機(jī)等各種數(shù)字終端。模擬信源送出的信號經(jīng)數(shù)字化處理后也可轉(zhuǎn)為數(shù)字信號。（二）發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的作用是產(chǎn)生適合在信道中傳輸?shù)男盘?，使發(fā)送信號的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干擾的能力，并且具有足夠的功率以滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枰０l(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過程，對于多路傳輸系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備中還包括多路復(fù)用器。三、通信系統(tǒng)的一般模型單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)（三）信道信道是一種物理媒質(zhì)，用于把來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端。在無線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明線、電纜和光纖。有線信道和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲。信道的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。圖6－1－5中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表示。噪聲通常是隨機(jī)的、形式多樣的，它的出現(xiàn)會干擾正常信號的傳輸。（四）接收設(shè)備接收設(shè)備的功能是將信號放大和反變換（如譯碼、解調(diào)等），其目的是從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。對于多路復(fù)用信號，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路的功能。此外，它還要盡可能減小在傳輸過程中噪聲與干擾所帶來的影響。三、通信系統(tǒng)的一般模型單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)（五）信宿信宿是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。圖6－1－5概括地描述了一個通信系統(tǒng)的組成，反映了通信系統(tǒng)的共性。根據(jù)研究的對象以及所關(guān)注的問題不同，圖6－1－5中各方框的內(nèi)容和作用將有所不同，相應(yīng)有不同形式的、更具體的通信模型。通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可以把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。三、通信系統(tǒng)的一般模型目錄單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)單元2

I/O通信單元3現(xiàn)場總線單元4工業(yè)以太網(wǎng)單元2

I/O通信單元2

I/O通信

I/O（Input/Output）即輸入輸出端口，控制計算機(jī)通過I/O接口發(fā)送或接收信號的行為叫作I/O通信。機(jī)器人可通過I/O接口與外部設(shè)備進(jìn)行交互，具體可分為數(shù)字量交互和模擬量交互。機(jī)器人擁有豐富的I/O通信接口，可以輕松地與周邊設(shè)備進(jìn)行通信。RS232通信、OPCserver、SocketMessage是與PC通信時的通信協(xié)議，DeviceNet、Profibus、ProfibusDP、PROFINET、EtherNetIP則是不同廠商推出的現(xiàn)場總線協(xié)議。一、I/O通信簡介單元2

I/O通信由于數(shù)字信號是用兩種相反的物理狀態(tài)來表示0和1的，故其抵抗材料本身干擾和環(huán)境干擾的能力都比模擬信號強(qiáng)很多，但為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾的能力就越強(qiáng)，傳輸?shù)木嚯x也就越遠(yuǎn)。在現(xiàn)代技術(shù)的信號處理中，數(shù)字信號發(fā)揮的作用越來越大，幾乎復(fù)雜的信號處理都離不開數(shù)字信號?；蛘哒f，只要能把解決問題的方法用數(shù)學(xué)公式表示，就能用計算機(jī)來處理代表物理量的數(shù)字信號。（一）便于加密處理信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信容易得多，以話音信號為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密、解密處理。（二）便于存儲、處理和交換數(shù)字通信的信號形式和計算機(jī)所用信號一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計算機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實現(xiàn)自動化、智能化。二、I/O數(shù)字通信的特點(diǎn)單元2

I/O通信（三）設(shè)備便于集成化、微型化數(shù)字通信采用時分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)備中大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，因此體積小、功耗低。（四）便于構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)采用數(shù)字傳輸方式，可以通過程控數(shù)字交換設(shè)備進(jìn)行數(shù)字交換，以實現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。（五）占用信道頻帶較寬一路模擬電話的頻帶為4kHz帶寬，一路數(shù)字電話約占64kHz。隨著寬頻帶信道（光纜、數(shù)字微波）的大量利用（一對光纜可開通幾千路電話）以及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展（可將一路數(shù)字電話的數(shù)碼率由64kB/s壓縮到32kB/s甚至更低的數(shù)碼率），數(shù)字電話的帶寬問題已不是主要問題了。由以上介紹可知，數(shù)字通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以各國都在積極發(fā)展數(shù)字通信。我國數(shù)字通信得到迅速發(fā)展，正朝著高速化、智能化、寬帶化和綜合化方向邁進(jìn)。二、I/O數(shù)字通信的特點(diǎn)單元2

I/O通信數(shù)字信號是指自變量和因變量均是離散的信號。這種信號的自變量用整數(shù)表示，因變量也用有限數(shù)字中的一個數(shù)字來表示。例如，PLC數(shù)字輸出端口要么是高電平，要么是低電平，這兩種情況可以用0和1表示（圖6－2－1）。在計算機(jī)中，數(shù)字信號的大小常用有限位的二進(jìn)制數(shù)表示，即0或1。它的值是通過中央值來判斷的，在中央值以下規(guī)定為0，以上規(guī)定為1。三、數(shù)字信號單元2

I/O通信用1個二進(jìn)制位表達(dá)信息時，它能表達(dá)兩種信號。若將多個數(shù)字信號組合，能表達(dá)的信號數(shù)量將呈現(xiàn)指數(shù)級（n個數(shù)字量信號組合可表示2n個信號），如圖6－2－2所示。例如，2個數(shù)字量信號組合可以表示4種信號，它們是00、10、01和11。3個數(shù)字信號組合可以表示8種信號，它們是000、100、010、001、110、101、011、111。這種表達(dá)方法類似于數(shù)學(xué)中的排列組合。四、組信號單元2

I/O通信模擬信號是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號，或在一段連續(xù)的時間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號，如溫度、濕度、壓力、長度、電流、電壓等。模擬信號波形在時間上是連續(xù)的（連續(xù)的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無限多個數(shù)值），因此它是連續(xù)信號，如圖6－2－3所示。模擬信號按一定的時間間隔T抽樣后的抽樣信號，雖然其波形在時間上是離散的，但信號的幅度仍然是連續(xù)的，所以仍然是模擬信號。電話、傳真、電視信號都是模擬信號。五、模擬信號單元2

I/O通信常見的抽樣信號是周期矩形脈沖和周期沖擊脈沖抽樣。模擬信號在整個時間軸上都是有定義的，在“沒有幅值”的區(qū)域的意義是幅值為零；而離散時間信號只在離散時刻上才有定義，其他區(qū)域沒有定義，和幅值為零是不同的概念。這兩種信號在時間軸上看起來很相似，其實是以不同系統(tǒng)為基礎(chǔ)的兩種有本質(zhì)區(qū)別的信號。直觀地說，離散時間信號的橫軸已經(jīng)不代表時間了。模擬信號可進(jìn)行數(shù)字化處理，如圖6－2－4所示。五、模擬信號目錄單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)單元2

I/O通信單元3現(xiàn)場總線單元4工業(yè)以太網(wǎng)單元3現(xiàn)場總線單元3現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。現(xiàn)場總線因其簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計算機(jī)廠商的高度重視?，F(xiàn)場總線是自動化領(lǐng)域中的底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。簡單來說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)420mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的產(chǎn)生對工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用，對國民經(jīng)濟(jì)的增長有著非常重要的影響，主要應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加工制造、交通運(yùn)輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線（一）現(xiàn)場總線的產(chǎn)生在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)50年代至今一直都在使用著420mA的模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計算機(jī)引入到測控系統(tǒng)中，而此時的計算機(jī)提供的是集中式控制處理。20世紀(jì)80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備中，形成了分布式控制系統(tǒng)（DCS）。在分布式控制系統(tǒng)中，各微處理器被指定一組特定任務(wù)，通信則由一個帶有附屬“網(wǎng)關(guān)”的專有網(wǎng)絡(luò)提供，網(wǎng)關(guān)的程序大部分是由用戶編寫的。隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了以IC代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核心，實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數(shù)字式智能化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動量程轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、自校正和自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態(tài)報告和趨勢圖等功能。通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用。與此同時，基于質(zhì)量分析的維護(hù)管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測試的記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在本地處理信息，并在必要時允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場儀表與上級控制系統(tǒng)的通信量大增。另外，從實際應(yīng)用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線（二）現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀現(xiàn)場總線就是用于現(xiàn)場智能化裝置與控制室自動化系統(tǒng)之間的一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字式通信鏈路，可進(jìn)行全數(shù)字化、雙向、多站總線式的信息數(shù)字通信，實現(xiàn)相互操作以及數(shù)據(jù)共享?，F(xiàn)場總線的主要目的是用于控制、報警和事件報告等工作?，F(xiàn)場總線通信協(xié)議的基本要求是響應(yīng)速度和操作可預(yù)測性的最優(yōu)化?，F(xiàn)場總線是一個低層次的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在其之上還允許有上級的監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)文件傳送等工作。現(xiàn)場總線為引入智能現(xiàn)場儀表提供了一個開放平臺，基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)（FCS）將是繼DCS后的又一代控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。另外，按照IEC對現(xiàn)場總線（Fieldbus）一詞的定義，現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。這是由EC/C65負(fù)責(zé)測量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信部分國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的SC65/WG6定義的?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，架設(shè)了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系，它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布式控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機(jī)和數(shù)據(jù)通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將引起自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線（三）現(xiàn)場總線的未來趨勢發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點(diǎn)，現(xiàn)場總線的研究、開發(fā)使測控系統(tǒng)沖破了封閉系統(tǒng)的長期禁錮，走上開放發(fā)展的征程，這對我國現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展是個極好的機(jī)會，也是一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計算機(jī)和通信技術(shù)的交叉與集成，涉及的內(nèi)容十分廣泛，應(yīng)不失時機(jī)地抓好我國現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的研究與開發(fā)。自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的大趨勢，現(xiàn)場總線技術(shù)受計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響是十分深刻的。當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，發(fā)展十分迅猛，一些具有重大影響的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)必將進(jìn)一步融合到現(xiàn)場總線技術(shù)之中，這些具有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線技術(shù)有智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)、組態(tài)技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等）、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸）、人機(jī)接口與軟件技術(shù)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成技術(shù)。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展之中的技術(shù)，我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步，了解國際上該項技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動向，對我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對自動化技術(shù)、設(shè)備的更新，無疑具有重要的作用?？傮w來說，自動化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)，這一發(fā)展趨勢是肯定的。既然是總線，就要向著趨于開放統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為大家都遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但由于這一技術(shù)所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動化、制造加工自動化、樓宇自動化和家庭自動化等，因此，一個現(xiàn)場總線體系下可能不止容納單一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術(shù)均具有自己的特點(diǎn)，已在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢，它們都力求在十分激烈的市場競爭中尋求發(fā)展。有理由認(rèn)為，在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)存在幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互聯(lián)以實現(xiàn)信息共享的局面。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線（四）現(xiàn)場總線的功能由于標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對現(xiàn)場總線也有不同的定義，但現(xiàn)場總線的本質(zhì)含義主要表現(xiàn)在以下6個方面。

1.現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互聯(lián)。傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線

3.互操作性現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個工廠所需的全部現(xiàn)場設(shè)備，所以，連接來自不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。用戶不希望由于選用不同的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花很大力氣，而希望選用性價比最優(yōu)的產(chǎn)品并將其集成在一起，實現(xiàn)“即接即用”，這需要對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路?，F(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)是基本的要求，只有實現(xiàn)互操作性，用戶才能自由地集成FCS。

4.分散功能塊

FCS廢棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。例如，流量變送器不僅具有流量信號變換、補(bǔ)償和累加輸入模塊，而且有PID控制和運(yùn)算功能塊。調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補(bǔ)償模塊，也可以有PID控制和運(yùn)算模塊，甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能。由于功能塊分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，供用戶靈活選用各種功能塊，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)徹底的分散控制。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線

5.通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取電力，對于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場儀表，可采用這種供電方式。眾所周知，化工、煉油等企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場有可燃性物質(zhì)，所有現(xiàn)場設(shè)備都必須嚴(yán)格遵循安全防爆標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場總線設(shè)備也不例外。

6.開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它既可與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)十分簡便，用戶不必在硬件或軟件上花太多氣力就可以通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊實行統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS。一、現(xiàn)場總線概述單元3現(xiàn)場總線（一）現(xiàn)場總線的特點(diǎn)

1.系統(tǒng)的開放性開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互聯(lián)并實現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)力交給了用戶，用戶可按自己的需要把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成任意大小的系統(tǒng)。

2.可操作性與互用性這里的可操作性是指實現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)字通信?；ビ眯詣t意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實現(xiàn)互用。二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)單元3現(xiàn)場總線

3.現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性現(xiàn)場總線將傳感測量、補(bǔ)償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

5.對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線及電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足安全防爆等要求。二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)單元3現(xiàn)場總線（二）現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出諸多優(yōu)越性。

1.節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及復(fù)雜接線，還可以用工控PC作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。

2.節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙紋線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒和橋架的用量大大減少，連線設(shè)計與接頭校對的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時，無須增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗工程的測算資料顯示，該方法可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)單元3現(xiàn)場總線

3.節(jié)約維護(hù)開銷由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與處理簡單故障的能力，可通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，讓用戶查詢所有設(shè)備的運(yùn)行、診斷、維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，從而縮短了維護(hù)時間，且由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、連線簡單而減少了維護(hù)工作量。

4.用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)，避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而局限了設(shè)備的選擇范圍，不會因不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，從而讓系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。

5.提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，亦減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，還具有設(shè)計簡單、易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)單元3現(xiàn)場總線為了實現(xiàn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)操作與數(shù)據(jù)交換，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC97于1978年建立了“開放系統(tǒng)互聯(lián)”分技術(shù)委員會，起草了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的建議草案，并于1983年成為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。ISO74于1986年又對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了進(jìn)一步的完善和補(bǔ)充，形成了為實現(xiàn)開放系統(tǒng)互聯(lián)所建立的分層模型，簡稱OSI參考模型。這是為異種計算機(jī)互聯(lián)提供了一個共同基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架，并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性提供了共同的參考。“開放”并不是指對特定系統(tǒng)實現(xiàn)具體的互聯(lián)技術(shù)或手段，而是對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)同。一個系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任一遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他系統(tǒng)互聯(lián)通信。

OSI參考模型是在博采眾長的基礎(chǔ)上形成的系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)，它促進(jìn)了數(shù)據(jù)通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。OSI參考模型提供了概念性和功能性結(jié)構(gòu)，將開放系統(tǒng)的通信功能劃分為7個層次，各層的協(xié)議細(xì)節(jié)由各層獨(dú)立進(jìn)行，一旦引入新技術(shù)或提出新的業(yè)務(wù)要求，就可以把因功能擴(kuò)充、變更所帶來的影響限制在直接有關(guān)的層內(nèi)，而不必改動全部協(xié)議。OSI參考模型分層的原則是將相似的功能集中在同一層內(nèi)，功能差別較大時分層處理，每層只對相鄰的上下層定義接口。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線

OSI參考模型通信功能的7個層次從連接物理介質(zhì)的層次開始，分別賦予1，2，…，7層的順序編號，相應(yīng)地稱為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。OSI參考模型如圖6－3－1所示。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線

OSI模型的分層原則為:根據(jù)不同層次作抽象分層；每層應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)一個定義明確的功能；每層功能的選擇應(yīng)該有助于制定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)；各層邊界的選擇應(yīng)盡量減少跨過接口的通信量；層次應(yīng)足夠多，以避免不同的功能混雜在同一層中，但也不能太多，否則體系結(jié)構(gòu)會過于龐大。下面將從最下層開始，依次討論OSI參考模型的各層。請注意，OSI模型本身不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容，因為它并未確切地描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)，僅僅是告訴我們每層應(yīng)該做什么。不過，ISO已經(jīng)為各層制定了標(biāo)準(zhǔn)，它們并不是參考模型的一部分，而是作為獨(dú)立的國際標(biāo)準(zhǔn)公布的。（一）物理層物理層涉及通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?。物理層在設(shè)計上必須保證一方發(fā)出二進(jìn)制“1”時，另一方收到的也是“1”而不是“0”。這里的典型問題是用多少伏特電壓表示“1”，多少伏特電壓表示“0”；一個比特持續(xù)多少微秒；傳輸是否在兩個方向上同時進(jìn)行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；網(wǎng)絡(luò)接插件有多少針以及各針的用途。這里的設(shè)計主要是處理機(jī)械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（二）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無錯線路。發(fā)送方把輸入數(shù)據(jù)分裝在數(shù)據(jù)幀里（典型的幀為幾百字節(jié)或幾千字節(jié)），按順序傳送各幀，并處理接收方回送的確認(rèn)幀。因為物理層僅用于接收和傳送比特流，并不關(guān)心它的意義和結(jié)構(gòu)，所以只能依賴各鏈路層來產(chǎn)生和識別幀邊界，可以通過在幀的前面和后面附加特殊的二進(jìn)制編碼模式來達(dá)到這一目的，如果這些二進(jìn)制編碼偶然在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)，則必須采取特殊措施以避免混淆。傳輸線路上突發(fā)的噪聲干擾可能把幀完全破壞掉。在這種情況下，發(fā)送方機(jī)器上的數(shù)據(jù)鏈路軟件必須重傳該幀。然而，相同幀的多次重傳也可能使接收方收到重復(fù)幀，比如接收方給發(fā)送方的確認(rèn)丟失以后，就可能收到重復(fù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層要解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問題。數(shù)據(jù)鏈路層可能向網(wǎng)絡(luò)層提供幾類不同的服務(wù)，每一類都有不同的服務(wù)質(zhì)量和價格。數(shù)據(jù)鏈路層要解決的另一個問題（在大多數(shù)層上也存在）是防止高速的發(fā)送方數(shù)據(jù)把低速的接收方“淹沒”。因此需要有某種流量調(diào)節(jié)機(jī)制，使發(fā)送方知道當(dāng)前接收方還有多少緩存空間。通常流量調(diào)節(jié)和出錯處理同時完成。如果線路能用于雙向傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路軟件還必須解決新的麻煩，即從A到B數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀將同從B到A的數(shù)據(jù)幀爭奪線路的使用權(quán)。對此所采取的借道就是一種巧妙的方法，將在后文中進(jìn)行討論。廣播式網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層還要處理新的問題，即如何控制對共享信道的訪問，數(shù)據(jù)鏈路層的一個特殊的子層——介質(zhì)訪問子層，就是專門處理這個問題的。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（三）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層關(guān)系到子網(wǎng)的運(yùn)行控制，其中一個關(guān)鍵問題是確定分組從源端到目的端如何選擇路由。路由既可以選用網(wǎng)絡(luò)中固定的靜態(tài)路由表，幾乎保持不變，也可以在每一次會話開始時決定（例如通過終端對話決定），還可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況，靈活地為每一個分組決定路由。如果在子網(wǎng)中同時出現(xiàn)過多的分組，它們將相互阻塞通路，形成瓶頸。此類擁塞控制屬于網(wǎng)絡(luò)層的范圍。因為擁有子網(wǎng)的人總是希望他們提供的子網(wǎng)服務(wù)能得到報酬，所以網(wǎng)絡(luò)層常常設(shè)有記賬功能。最低限度下，軟件必須對每一個顧客究竟發(fā)送了多少分組、多少字符或多少比特進(jìn)行記數(shù)，以便于生成賬單。當(dāng)分組跨越國界時，由于雙方稅率可能不同，記賬更加復(fù)雜。當(dāng)分組不得不跨越一個網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)目的地時，新的問題又會產(chǎn)生：第二個網(wǎng)絡(luò)的尋址方法可能和第一個網(wǎng)絡(luò)完全不同；第二個網(wǎng)絡(luò)可能由于分組太長而無法接收；兩個網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議也可能不同等。網(wǎng)絡(luò)層必須解決這些問題，以便異種網(wǎng)絡(luò)能夠兼容互聯(lián)。在廣播網(wǎng)絡(luò)中，選擇路由問題很簡單，因此網(wǎng)絡(luò)層很弱甚至不存在。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（四）傳輸層傳輸層的基本功能是從會話層接收數(shù)據(jù)，并且在必要時把數(shù)據(jù)分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對方的各段信息正確無誤，而且這些任務(wù)都必須高效率地完成。從某種意義上講，傳輸層使會話層不受硬件技術(shù)變化的影響。通常，會話層每請求建立一個傳輸連接，傳輸層就為其創(chuàng)建一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連接。如果傳輸連接需要較高的信息吞吐量，傳輸層也可以為之創(chuàng)建多個網(wǎng)絡(luò)連接，讓數(shù)據(jù)在這些網(wǎng)絡(luò)連接上分流，以提高吞吐量。另一方面，如果創(chuàng)建或維持一個網(wǎng)絡(luò)連接不合算，傳輸層可以將幾個傳輸連接復(fù)用到一個網(wǎng)絡(luò)連接上，以降低費(fèi)用。在任何情況下，都要求傳輸層能使多路復(fù)用對會話層透明。傳輸層也要決定向會話層，最終向網(wǎng)絡(luò)用戶提供什么樣的服務(wù)。最流行的傳輸連接是一條無錯的、按發(fā)送順序傳輸報文或字節(jié)的點(diǎn)到點(diǎn)的信道。但是，有的傳輸服務(wù)不能保證依傳輸次序的獨(dú)立報文傳輸和多目標(biāo)報文廣播。采用哪種服務(wù)是在建立連接時確定的。傳輸層是真正的從源到目標(biāo)“端到端”的層。也就是說，源端機(jī)上的某程序，利用報文頭和控制報文與目標(biāo)機(jī)上的類似程序進(jìn)行對話。在傳輸層以下的各層中，協(xié)議是每臺機(jī)器與和它直接相鄰的機(jī)器間的協(xié)議，而不是最終的源端機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的協(xié)議，在它們中間可能還有多個路由器。圖631說明了這種區(qū)別：1～3層是鏈接起來的，4～7層是端到端的。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線很多主機(jī)有多道程序在運(yùn)行，這意味著這些主機(jī)有多條連接進(jìn)出，因此需要有某種方式來區(qū)別報文屬于哪條連接。識別這些連接的信息可以放入傳輸層的報文頭。除了將幾個報文流多路復(fù)用到一條通道上，傳輸層還必須解決跨網(wǎng)絡(luò)連接的建立和拆除。這需要某種命名機(jī)制，使機(jī)器內(nèi)的進(jìn)程可以講明它希望與誰對話。另外，還需要一種機(jī)制以調(diào)節(jié)通信量，使高速主機(jī)不會發(fā)生過快向低速主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。這樣的機(jī)制稱為流量控制，在傳輸層（同樣在其他層）中扮演著關(guān)鍵角色。主機(jī)之間的流量控制和路由器之間的流量控制不同，盡管后文中將看到類似的原理對二者都適用。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（五）會話層會話層允許不同機(jī)器上的用戶建立會話關(guān)系。會話層允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸，并提供了對某些應(yīng)用有用的增強(qiáng)服務(wù)會話，也可用于遠(yuǎn)程登錄到分時系統(tǒng)或在兩臺機(jī)器間傳遞文件。會話層的服務(wù)之一是管理對話。會話層允許信息同時雙向傳輸，或任一時刻只能單向傳輸。若屬于后者，則類似于單線鐵路，會話層將記錄此時該輪到哪一方了。

1.令牌管理有些協(xié)議保證雙方不能同時進(jìn)行同樣的操作，這一點(diǎn)很重要。為了管理這些活動，會話層提供了令牌，令牌可以在會話雙方之間交換，只有持有令牌的一方可以執(zhí)行某種關(guān)鍵操作。

2.同步如果網(wǎng)絡(luò)平均每小時出現(xiàn)一次大故障，而兩臺計算機(jī)之間要進(jìn)行長達(dá)兩小時的文件傳輸該怎么辦呢？如果不作處理，每一次傳輸中途失敗后，都不得不重新傳輸這個文件，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)再次出現(xiàn)故障時，又可能半途而廢了。為了解決這個問題，會話層提供了一種方法，即在數(shù)據(jù)流中插入檢查點(diǎn)，這樣在每次網(wǎng)絡(luò)崩潰后僅需要重傳最后一個檢查點(diǎn)以后的數(shù)據(jù)。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（六）表示層表示層用于完成某些特定的功能。由于這些功能常被請求，因此人們希望找到通用的解決辦法，而不是讓每個用戶來實現(xiàn)。值得一提的是，表示層以下的各層只關(guān)心可靠地傳輸比特流，而表示層關(guān)心的是所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義。表示層服務(wù)的一個典型例子是用一種大家一致同意的標(biāo)準(zhǔn)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。大多數(shù)用戶程序之間并不是交換隨機(jī)的比特流，而是諸如人名、日期、貨幣數(shù)量和發(fā)票之類的信息，這些對象是用字符串、整型、浮點(diǎn)數(shù)的形式，以及幾種簡單類型組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示的。不同的機(jī)器用不同的代碼來表示字符串（如ASCI和Unicode）、整型（如二進(jìn)制反碼和二進(jìn)制補(bǔ)碼）等，為了讓采用不同表示法的計算機(jī)之間能進(jìn)行通信，交換中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用抽象的方式來定義，并且使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼方式。表示層管理這些抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且在計算機(jī)內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線（七）應(yīng)用層應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議。例如，世界上有成百種不兼容的終端型號，如果希望一個全屏幕編輯程序能工作在不同的終端類型上，而每個終端都有不同的屏幕格式、插入和刪除文本的換碼序列、光標(biāo)移動等，其困難可想而知。解決這一問題的方法之一是定義一個抽象的網(wǎng)絡(luò)虛擬終端，讓編輯程序和其他所有程序都面向該虛擬終端，并且對每一種終端類型都寫一段軟件代碼，從而把網(wǎng)絡(luò)虛擬終端映射到實際的終端。例如，當(dāng)把虛擬終端的光標(biāo)移到屏幕左上角時，該軟件必須發(fā)出適當(dāng)?shù)拿钍拐嬲慕K端的光標(biāo)移動到同一位置。所有虛擬終端軟件都位于應(yīng)用層。應(yīng)用層的另一個功能是文件傳輸。不同的文件系統(tǒng)有不同的文件命名原則，文本行有不同的表示方式等。不同的系統(tǒng)之間傳輸文件所需處理的各種不兼容問題，也同樣屬于應(yīng)用層的工作。此外還有電子郵件、遠(yuǎn)程作業(yè)輸入、名錄查詢和其他各種通用和專用的功能。三、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)模型——OSI通信參考模型單元3現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線設(shè)備是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表設(shè)備。這些設(shè)備按其功能可分為變送器設(shè)備、執(zhí)行器類設(shè)備、信號轉(zhuǎn)換類設(shè)備、接口類設(shè)備、電源類設(shè)備和附件類設(shè)備。（一）現(xiàn)場總線設(shè)備的分類現(xiàn)場總線設(shè)備是指內(nèi)置微處理器，并具有數(shù)字計算、數(shù)字通信功能的現(xiàn)場設(shè)備。這類現(xiàn)場總線設(shè)備通常被稱為現(xiàn)場總線儀表，它們安裝在現(xiàn)場，與現(xiàn)場總線連接，輸入或輸出現(xiàn)場總線信號?，F(xiàn)場總線設(shè)備分類如下：

1.現(xiàn)場總線變送器類設(shè)備這是最常用的現(xiàn)場總線設(shè)備，這類現(xiàn)場總線設(shè)備用于檢測生產(chǎn)環(huán)境的變量，并具有將過程變量信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線信號的功能。根據(jù)被檢測過程變量的不同，現(xiàn)場總線變送器類設(shè)備有不同的類型。檢測的過程變量有差壓、壓力、流量、液位、溫度及成分等。

2.現(xiàn)場總線執(zhí)行器類設(shè)備這類現(xiàn)場總線設(shè)備用于對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和控制，也用于改變控制系統(tǒng)的操縱變量，具有將現(xiàn)場總線信號轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器動作的功能。大多數(shù)這類設(shè)備帶PID控制功能塊。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線

3.現(xiàn)場總線信號轉(zhuǎn)換類設(shè)備這類現(xiàn)場總線設(shè)備是現(xiàn)場總線變送器類設(shè)備和執(zhí)行器類設(shè)備的特例，主要用于原有模擬儀表的轉(zhuǎn)換。

4.現(xiàn)場總線接口類設(shè)備這類現(xiàn)場總線設(shè)備用于將其他總線系統(tǒng)與現(xiàn)場總線連接，如與PCI總線、ISA總線或以太網(wǎng)等連接，實現(xiàn)與其他計算機(jī)系統(tǒng)的連接。最常用的現(xiàn)場總線接口類設(shè)備是與DCS系統(tǒng)輸入輸出總線連接的接口設(shè)備。

5.現(xiàn)場總線電源類設(shè)備現(xiàn)場總線電源類設(shè)備一般不含微處理器，但屬于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的必需設(shè)備，包括現(xiàn)場總線電源調(diào)整器設(shè)備、供電電源設(shè)備等。

6.現(xiàn)場總線附件類設(shè)備這類現(xiàn)場總線設(shè)備不含微處理器，屬于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的附屬設(shè)備，如中繼器、安全柵等。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線（二）現(xiàn)場總線設(shè)備與一般智能儀表的區(qū)別現(xiàn)場總線設(shè)備與一般智能儀表之間的主要區(qū)別如下：

1.一般智能儀表通常不具有通信功能，或不能用現(xiàn)場總線通信；而現(xiàn)場總線設(shè)備則采用現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

2.一般智能儀表沒有節(jié)點(diǎn)地址，在使用時也不存在尋址問題；而現(xiàn)場總線設(shè)備具有唯一的節(jié)點(diǎn)地址，這是在儀表出廠時就設(shè)置好的。

3.一般智能儀表的組態(tài)既可以從上位機(jī)下裝，也可通過手握式編程器實現(xiàn)；現(xiàn)場總線設(shè)備通常由資源塊、轉(zhuǎn)換器塊和相關(guān)功能塊組成，它的組態(tài)通常由上位機(jī)下裝實現(xiàn)。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線（三）現(xiàn)場總線設(shè)備的特點(diǎn)

1.全數(shù)字現(xiàn)場總線設(shè)備是全數(shù)字式儀表，采用全數(shù)字通信，它的輸入輸出信號是現(xiàn)場總線信號。

2.精度高現(xiàn)場總線設(shè)備減少了數(shù)字量與模擬量之間的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，消除了儀表本身的轉(zhuǎn)換誤差，提高了儀表的測量精度。

3.多變量測量一般儀表只能測量一個過程變量，而現(xiàn)場總線設(shè)備可同時測量多個過程變量。

4.多變量傳送現(xiàn)場總線設(shè)備可輸出多個信號并同時傳輸。

5.抗干擾能力強(qiáng)因為現(xiàn)場總線設(shè)備采用全數(shù)字通信，所以一般的電磁干擾對其影響不大，加上現(xiàn)場總線通信采用循環(huán)冗余碼檢驗、重發(fā)等抗干擾機(jī)制，信號傳輸?shù)恼`碼率大大降低，提高了儀表的抗干擾能力。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線

6.數(shù)據(jù)信息量大現(xiàn)場總線設(shè)備可同時傳輸多個信號和多種類型的信號。

7.計算和控制功能強(qiáng)現(xiàn)場總線設(shè)備可內(nèi)置各種計算和控制功能塊，進(jìn)而可實現(xiàn)所需的計算或控制功能，縮短了傳輸延遲，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

8.分散控制現(xiàn)場總線設(shè)備將控制分散到現(xiàn)場，從而使危險被分散。

9.改善控制系統(tǒng)控制品質(zhì)現(xiàn)場總線執(zhí)行器采用前向補(bǔ)償環(huán)節(jié)實現(xiàn)對被控對象的非線性補(bǔ)償，從根本上解決了閥門定位器采用反饋凸輪引入的串級副環(huán)非線性和不穩(wěn)定問題。因此，它不僅可以補(bǔ)償被控對象的非線性特性，還可以解決壓降比造成的非線性問題。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線

10.機(jī)電一體化現(xiàn)場總線設(shè)備是機(jī)電一體化產(chǎn)品，它將控制和管理集成，將機(jī)電儀表集成，因此，最終的產(chǎn)品更簡單，性能更可靠，管理更方便，運(yùn)行更穩(wěn)定。

11.標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)功能塊和對象字典等，降低了設(shè)計、安裝和維護(hù)人員的培訓(xùn)成本，便于過程操作、組態(tài)操作和維修操作。

12.互操作性互操作性是不同制造商的產(chǎn)品可互相操作而不影響其功能的性能。

13.綜合成本降低現(xiàn)場總線設(shè)備可檢測多個過程變量，并可帶多個計算或控制功能塊，可傳送多個變量，它不需要信號轉(zhuǎn)換和隔離等措施，而且減少了電纜數(shù)量和安裝費(fèi)用，減少了機(jī)柜、接插件和電纜橋架等安裝空間和部件，降低了設(shè)計成本和調(diào)試成本。四、現(xiàn)場總線設(shè)備單元3現(xiàn)場總線（一）CAN

CAN是控制器局域網(wǎng)的簡稱，最早由德國BOSCH公司提出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens和NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。

CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbits（傳輸距離為40m），直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kb/s），可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線

CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯誤時，自動關(guān)閉功能可切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。

CAN支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全局廣播方式接收、發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個節(jié)點(diǎn)同時在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)則主動停止發(fā)送，從而避免總線沖突。已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信控制器，如Intel公司的82527、NXP公司的SJA100、Microchip公司的MCP2515等。還有插在PC上的CAN總線適配器，具有接口簡單、編程方便及開發(fā)系統(tǒng)價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線（二）DeviceNet在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)中，不僅要求現(xiàn)場設(shè)備完成本地的控制、監(jiān)視和診斷等任務(wù)，還要能通過網(wǎng)絡(luò)與其他控制設(shè)備及PLC進(jìn)行對等通信，因此現(xiàn)場設(shè)備多設(shè)計成內(nèi)置智能式?；谶@樣的現(xiàn)狀，美國RockwellAutomation公司于1994年推出了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，很好地實現(xiàn)了低成本、高性能的工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

DeviceNet是一種低成本的通信連接，它將工業(yè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，從而免去了昂貴的硬接線。DeviceNet又是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在提供多供貨商同類部件間可互換性的同時，減少了配線和安裝工業(yè)自動化設(shè)備的成本和時間。DeviceNet的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級診斷功能，這是I/O接口很難實現(xiàn)的。

DeviceNet是一個開放式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和協(xié)議都是開放的，廠商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時無須購買硬件、軟件或許可權(quán)。任何人都能以少量的復(fù)制成本從開放式DeviceNet供貨商協(xié)會（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范，任何制造DeviceNet產(chǎn)品的公司都可以加入ODVA，并參加對DeviceNet規(guī)范進(jìn)行增補(bǔ)的技術(shù)工作組。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線

DeviceNet規(guī)范的購買者將得到一份不受限制的、真正免費(fèi)的DeviceNet產(chǎn)品開發(fā)許可。尋求開發(fā)幫助的公司可以通過任何渠道購買使其工作簡易化的樣本源代碼、開發(fā)工具包和各種開發(fā)服務(wù)。

DeviceNet具有如下特點(diǎn)：

1.DeviceNet基于CAN總線技術(shù)，它可連接開關(guān)、光電傳感器、閥組、電動機(jī)啟動器、過程傳感器、變頻調(diào)速設(shè)備、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機(jī)界面等，傳輸速率為125～500kb/s，每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)是64個，干線長度為100～500m。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線

2.DeviceNet使用的通信模式是生產(chǎn)者/客戶。該模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)同時存取同一源數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)通信效率更高；由于采用多信道廣播信息發(fā)送方式，各個客戶可在同一時間接收到生產(chǎn)者所發(fā)送的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)利用率亦更高。生產(chǎn)者客戶模式與傳統(tǒng)的“源/目的”通信模式相比，前者采用多信道廣播式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同步化，網(wǎng)絡(luò)效率高；后者采用應(yīng)答式，如果要向多個設(shè)備傳送信息，則需要對這些設(shè)備分別進(jìn)行“呼”和“應(yīng)”通信，即使是同一信息，也需要制造多個信息包，這樣會增加網(wǎng)絡(luò)的通信量，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度受限制，難以滿足高速的、對時間苛刻的實時控制。

3.設(shè)備可互換性。各個銷售商所生產(chǎn)的符合DeviceNet網(wǎng)絡(luò)和行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的簡單裝置（如按鈕、電動機(jī)啟動器、光電傳感器和限位開關(guān)等）都可以互換，為用戶提供靈活性和可選擇性。

4.DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以隨時連接或斷開，而不會影響網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的運(yùn)行，方便維護(hù)和減少維修費(fèi)用，也便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和改造。

5.DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備安裝比傳統(tǒng)的I/O布線更加節(jié)省費(fèi)用，尤其是當(dāng)設(shè)備分布在幾百米范圍內(nèi)時，更有利于降低布線安裝成本。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線

6.利用RSNetworkforDeviceNet軟件可方便地對網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行配置、測試和管理，網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備以圖形方式顯示工作狀態(tài)，一目了然。現(xiàn)場總線技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、開放性的特點(diǎn)，需要多個企業(yè)相互支持、相互補(bǔ)充來構(gòu)成整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為便于技術(shù)發(fā)展和企業(yè)之間的協(xié)調(diào)，統(tǒng)一宣傳推廣技術(shù)和產(chǎn)品，通常每種現(xiàn)場總線都有一個組織來統(tǒng)一協(xié)調(diào)。DeviceNet總線的組織機(jī)構(gòu)是“開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會”，它是一個獨(dú)立組織，管理DeviceNet技術(shù)規(guī)范，促進(jìn)DeviceNet在全球的推廣與應(yīng)用。該機(jī)構(gòu)實行會員制，會員分供貨商會員和分銷商會員?，F(xiàn)有供貨商會員310個，包括幾乎所有世界著名的電器和自動化元件生產(chǎn)商。該機(jī)構(gòu)的作用是幫助供貨商會員向DeviceNet產(chǎn)品開發(fā)者提供技術(shù)培訓(xùn)、產(chǎn)品一致性試驗工具和試驗。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線（三）PROFIBUS

PROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線，ISO/OSI模型也是它的參考模型。PROFIBUS系列由PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS和PROFIBUSPA組成。

DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化。PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。該項技術(shù)采用了OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集。DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口；FMS型只隱去第3～6層，保留了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分；PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC11582（H1）標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。五、常見總線類型單元3現(xiàn)場總線

PROFIBUS支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)和多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式，主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個事先規(guī)定的時間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，并事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。按PROFIBUS的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時，可以按主→從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。主站可釆取對所有站點(diǎn)廣播（不要求應(yīng)答），或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。

PROFIBUS的傳輸速率為9.6kb/s～12Mb/s，最大傳輸距離在9.6kb/s時為1200m，1.5Mb/s時為200m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點(diǎn)。五、常見總線類型目錄單元1通信技術(shù)基礎(chǔ)單元2

I/O通信單元3現(xiàn)場總線單元4工業(yè)以太網(wǎng)單元4工業(yè)以太網(wǎng)單元4工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)向分布化、智能化控制方向發(fā)展，開放、透明的通信協(xié)議是必然的要求。以太網(wǎng)（EtherNet）具有傳輸速率快、低耗、易于安裝、兼容性好、軟硬件產(chǎn)品豐富和支持技術(shù)成熟等方面的優(yōu)勢，幾乎支持所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。近年來，以太網(wǎng)逐漸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。一、業(yè)以太網(wǎng)概述單元4工業(yè)以太網(wǎng)（一）以太網(wǎng)引入工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

1.以太網(wǎng)是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不同廠商的設(shè)備可以很容易實現(xiàn)互聯(lián)。

2.以太網(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡(luò)。

3.以太網(wǎng)軟硬件成本低廉，且由于技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。

4.以太網(wǎng)通信速率快。隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，目前標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的通信速率為10Mb/s，100Mb/s的快速以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10Gb/s的以太網(wǎng)也正在研究中，其速率比目前的現(xiàn)場總線快很多。

5.以太網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。在這信息瞬息萬變的時代，企業(yè)的生存與發(fā)展在很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展更加迅速，也更加成熟，保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。一、業(yè)以太網(wǎng)概述單元4工業(yè)以太網(wǎng)（二）以太網(wǎng)引入工業(yè)控制領(lǐng)域存在的問題以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，同樣也存在一些問題。

1.實時性問題以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的介質(zhì)訪問控制方式，其本質(zhì)上是非實時的。一條總線上有多個節(jié)點(diǎn)平等競爭總線，等待總線空閑，這種方式很難滿足工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)崟r性的要求，這成為以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。

2.對工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性與可靠性問題以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設(shè)計的，引入工業(yè)控制領(lǐng)域需使其具有的抗干擾能力、外觀設(shè)計等符合工業(yè)現(xiàn)場的要求。一、業(yè)以太網(wǎng)概述單元4工業(yè)以太網(wǎng)

3.適用于工業(yè)自動化控制的應(yīng)用層協(xié)議問題目前，以太網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用層協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適用于工業(yè)控制領(lǐng)域現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通信，因此還需定義統(tǒng)一的應(yīng)用層規(guī)范。

4.本質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò)安全問題工業(yè)以太網(wǎng)如果用在易燃易爆的危險工作場所，必須考慮安全問題。另外，工業(yè)以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。

5.服務(wù)質(zhì)量問題隨著技術(shù)的進(jìn)步，工廠控制底層的信號已不局限在單純的數(shù)字和模擬量上，還可能包括視頻和音頻，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能根據(jù)不同用戶需求及不同的內(nèi)容適度地保證實時性的要求。一、業(yè)以太網(wǎng)概述單元4工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上應(yīng)與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在設(shè)計時，于材質(zhì)選用、產(chǎn)品強(qiáng)度、適用性以及實時性、可操作性、可靠性、抗干擾性和安全等方面必須滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，以太網(wǎng)技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展：以太網(wǎng)傳輸速率的提高和交換技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)通信的不確定性問題帶來了希望，并使以太網(wǎng)全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域成為可能。目前，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個方面：（一）通信確定性與實時性工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于，它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快并滿足信號的確定性。由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD碰撞檢測方式，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求，因此傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準(zhǔn)確定時通信的實時性要求，一直被視為不確定性的網(wǎng)絡(luò)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)然而，快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的不確定性問題帶來了新的契機(jī)，使這一應(yīng)用成為可能。首先，以太網(wǎng)的通信速率從10Mb/s、100Mb/s增大到如今的1000Mb/s、10Gb/s，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡(luò)碰撞概率大大下降。其次，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個網(wǎng)段。以太網(wǎng)交換機(jī)由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使接口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞，同時交換機(jī)還可對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過濾，使每個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上能分別同時接收和發(fā)送報文幀而不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使網(wǎng)絡(luò)上的沖突域不復(fù)存在（全雙工通信），或碰撞概率大大降低（半雙工），使以太網(wǎng)通信確定性和實時性大大提高。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)（二）穩(wěn)定性與可靠性以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等均是為商用領(lǐng)域設(shè)計的，而未針對較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境來設(shè)計（如冗余直流電源輸入、高溫、低溫和防塵等），故商用網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品不能應(yīng)用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中。為了確保網(wǎng)絡(luò)在不間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、極端條件下也能穩(wěn)定工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann、JeterAG等公司專門開發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式集線器、交換機(jī)產(chǎn)品，安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上并由冗余電源供電，接插件采用牢固的DB9結(jié)構(gòu)。2002年6月推出的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品——MOXAEtherDeviceServer（工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備服務(wù)器），用于連接工業(yè)應(yīng)用中具有以太網(wǎng)接口的工業(yè)設(shè)備（如PLC、HMI、DCS系統(tǒng)等）。在IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)中，對EtherNet的總線供電規(guī)范也進(jìn)行了定義。此外，在實際應(yīng)用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力和可靠性。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)（三）工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不單單是一個完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，還是一個借助網(wǎng)絡(luò)完成控制功能的自控系統(tǒng)。它除了完成數(shù)據(jù)傳輸之外，往往還需要依靠所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令執(zhí)行某些控制、計算與操作功能，由多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)完成自控任務(wù)，因而它需要在應(yīng)用、用戶等高層協(xié)議與規(guī)范上滿足開放系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)互操作所需的條件。對應(yīng)于ISO/OSI七層通信模型，以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范只映射為其中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，至于在其之上的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議，目前以TCP/IP協(xié)議為主。以太網(wǎng)對較高的層次如會話層、表示層和應(yīng)用層等沒有作技術(shù)規(guī)定，目前商用計算機(jī)設(shè)備之間是通過FTP（文件傳送協(xié)議）、Telnet（遠(yuǎn)程登錄協(xié)議）、SMTP（簡單郵件傳送協(xié)議）、HTTP（WWW協(xié)議）和SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）等應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行信息透明訪問的，但這些協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通信。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)為滿足工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，必須在以太網(wǎng)+TCP/IP協(xié)議之上，建立完整的、有效的通信服務(wù)模型，并制訂有效的實時通信服務(wù)機(jī)制，協(xié)調(diào)好工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中實時和非實時信息的傳輸服務(wù)，從而形成能夠被廣大工控生產(chǎn)廠商和用戶接受的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議，最終創(chuàng)立一套開放的標(biāo)準(zhǔn)。為此，各現(xiàn)場總線組織紛紛將以太網(wǎng)引入其現(xiàn)場總線體系中的高速部分，利用以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)，以及原有的低速現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議，構(gòu)成了新的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如HSE、PROFINET、EtherNet/IP等。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)的興起引起了自動控制領(lǐng)域的重視，同時許多人擔(dān)心工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一會影響其滲透到自動控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用——現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)爭論了10年，工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)或許也會這樣。目前，IEC61158標(biāo)準(zhǔn)中有8種現(xiàn)場總線，這8種總線各有各的規(guī)范，互不兼容。工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展形成的4類不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，分別是由主要的現(xiàn)場總線生產(chǎn)廠商和集團(tuán)支持開發(fā)的：FF和WorldFIP向FieldbusFoundationHSE發(fā)展；ControlNet和DeviceNet向EtherNet/IP發(fā)展；INTERBUS和ModBus向IDA發(fā)展；PROFIBUS向PROFINET發(fā)展。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)這四類工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都有支持的廠商并且目前已有相應(yīng)產(chǎn)品，一些國際組織也在積極推進(jìn)以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域：美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）正在著手制定現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)通信的新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將使網(wǎng)絡(luò)能看到“對象”；工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（IAONA）最近與DeviceNet供應(yīng)商協(xié)會（ODVA）和IDA集團(tuán)就共同推進(jìn)EtherNet和TCP/IP統(tǒng)一認(rèn)識，努力建立一個統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境；現(xiàn)場總線基金會繼續(xù)推進(jìn)高速以太網(wǎng)HSE的技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用；工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會與美國的ARC、AdvisoryGroup等單位合作，正在進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)（四）工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢從目前的趨勢看，以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域是必然的，但會同時存在幾個標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線目前處于相對穩(wěn)定時期，已有的現(xiàn)場總線仍將存在，并非每種總線都將被工業(yè)以太網(wǎng)替代。伴隨著多種現(xiàn)場總線的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在近期內(nèi)也不會完全統(tǒng)一，會同時存在多個協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。由于以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價格低廉、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富和應(yīng)用支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，目前已在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的資源管理層、執(zhí)行制造層得到了廣泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)向下延伸、直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場的趨勢。從目前國際、國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，工業(yè)以太網(wǎng)在制造執(zhí)行層已得到廣泛應(yīng)用，并成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。未來工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備之間的互聯(lián)和信息集成中發(fā)揮越來越重要的作用?？偟膩碚f，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個方面：二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)

1.工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內(nèi)外工業(yè)控制專家的關(guān)注。而現(xiàn)場總線經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在市場上也開始了全面推廣，并且形成了一定的市場。就目前而言，工業(yè)以太網(wǎng)全面代替現(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進(jìn)一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。因此，近一段時間內(nèi)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將與現(xiàn)場總線相結(jié)合，具體表現(xiàn)在：

(1)物理介質(zhì)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連線，如雙絞線、光纖等。

(2)使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接設(shè)備（如交換機(jī)等），在工業(yè)現(xiàn)場使用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。

(3)采用IEEE802.3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)、TCP/IP協(xié)議組。

(4)應(yīng)用層（甚至是用戶層）采用現(xiàn)場總線的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議。

(5)兼容現(xiàn)有成熟的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，如DCS、PLC等。這方面比較典型的應(yīng)用有法國施耐德公司推出的“透明工廠”的概念，即將工廠的商務(wù)網(wǎng)、車間的制造網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場級的儀表、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成暢通的透明網(wǎng)絡(luò)，并與Web功能相結(jié)合，與工廠的電子商務(wù)、物資供應(yīng)鏈和ERP等形成整體。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)

2.工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信已成大勢所趨以太網(wǎng)通信速率的提高以及全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ)，從而消除了以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信提供了技術(shù)可能。為此，國際電工委員會IEC正著手起草實時以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在推動以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的全面應(yīng)用。針對這種形勢，浙江大學(xué)、浙大中控、中科院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)和重慶郵電學(xué)院等單位，重點(diǎn)研究以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)，取得了重大成果。（1）以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)獲得重大突破：針對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信具有實時性強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強(qiáng)等特點(diǎn)和要求，經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的調(diào)研和分析，采用以下技術(shù)基本解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)①實時通信技術(shù)。采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信和流量控制等技術(shù)，以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對工業(yè)過程控制的通信實時性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實時性問題。②總線供電技術(shù)。采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù)，設(shè)計了能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電或總線供電的以太網(wǎng)集線器，解決了以太網(wǎng)總線的供電問題。③遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)。采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時滯中繼以及光纖等技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸問題。④網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。采用控制區(qū)域微網(wǎng)段化，各控制區(qū)域通過具有網(wǎng)絡(luò)隔離和安全過濾的現(xiàn)場控制器與系統(tǒng)主干相連，實現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離。⑤可靠性技術(shù)。采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計、EMC設(shè)計、冗余和自診斷等可靠性設(shè)計技術(shù)，提高基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備可靠性，經(jīng)實驗室EMC測試，設(shè)備可靠性符合工業(yè)現(xiàn)場控制要求。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)

(2)起草了EPA國家標(biāo)準(zhǔn)：以工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信為目標(biāo)，以工業(yè)控制工程師（包括開發(fā)和應(yīng)用）為使用對象，基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù)+TCP/IP協(xié)議，起草了“用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)”（草案），并通過了由TC124組織的技術(shù)評審。

(3)開發(fā)了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線控制設(shè)備及相關(guān)軟件原型樣機(jī)，并在化工生產(chǎn)裝置上得到成功應(yīng)用：針對工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用的特點(diǎn)，通過采用軟、硬件抗干擾及EMC設(shè)計措施，開發(fā)出了基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場控制設(shè)備，主要包括基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場設(shè)備通信模塊、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集器和軟PLC等成果。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的基于EPA的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在杭州某化工廠的聯(lián)堿碳化裝置上得到成功應(yīng)用，該系統(tǒng)自2003年4月投運(yùn)后穩(wěn)定運(yùn)行至今。二、工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展單元4工業(yè)以太網(wǎng)

3.發(fā)展前景據(jù)美國