管理制度-现场总线标准化进程 精品.doc

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1、现场总线标准化进程8种现场总线经过14年的纷争，最后IEC的现场总线标准化组织经投票，通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，FF之高速Ethernet即HSE。其中，P-Net和Swift Net是专用总线；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC发展而来的；而FF和HSE是从传统DCS发展而来的。这8种现场总线采用的通信协议完全不同，因此，要实现这些总线的兼容和互操作是十分困难的。由于各生产厂商要尽可能地

2、控制市场份额，保护各自过去的投资利益，经过14年的长期急诊而意见难以统一，于是各自退回原地，开展了一场保卫各自“领地”的战斗。目前，这8种现场总线都在各自修改其应用层协议，支持IEC61784规范，争取通过高层协议以达到相互兼容之目的。如20XX年完成工作，将使IEC61158成为一个基本统一的、由多部分组成的标准。众所周知，最早的气动单元组合仪表采用0.21.0N/cm2统一标准化气动信号，电动单组合仪表采用420mA标准化信号互联，任何厂家的产品均可以实现互联，这两代仪表系统都得到健康发展。面现场总线由于来自不同产品和生产厂家，经14年争论也无法达成统一，多标准等于无标准。市场迫切需要统一

3、标准的现场总线控制系统。只有通过制定新标准才能实现，为了加快新一代系统的，人们开始寻求新的出路。几种可能的出路是：出路一各种现场总线统一到12种。IEC61158的产生本身就说明这种可能性很小。出路二开发所有现场总线通用的接口，成本较高且难度较大。出路三各国不理睬IEC61158，采用自主知识产权的协议。主不符合经济全球化发展趋势。出路四采用已经是通用的国际标准Ethernet、TCP/IP等协议，并使其在工业体育场成熟应用，易于被广大国家用户、集成商、OEM及制造商接受和欢迎。Ethernet在工业自动化中应用的若干问题Ethernet进军工业自动化的主要动力是：成本低；速度的提高，因普通遍

4、应用所形成的硬件资源、软件资源和广泛支持。Ethernet是世界上应用最多的网络，超过93%的网络节点为Ethernet。Ethernet用于工业自动化有以下4个问题需要解决。1 实时性问题实时性就是信号传输足够快加上确定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求。Ethernet发展的现实是： 交换式100M Ethernet已广泛应用，能提供足够的带宽和减少冲突。 全双工网络和具优先权的传送机制得保证确定性。 典型的工业应用，峰值负载为10M Ethernet的5%，在100M Ethernet网络负载为0.5%，而Et

5、hernet只有当负载达40%以上时才会有明显的延迟现象。 在100M Ethernet网中，发送一个包延时超过2ms的状况，5年也不会发生一次。美国电力研究院的实验结果可保证4ms以内。2 Ethernet如何满足现场环境问题Ethernet所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求。在工厂环境中，Ethernet抗干扰性能较差。若用于危险场合，它不具备本安特性，也不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定地工作的问题，美国Synergetic微系统

6、公司和德国Hirschman公司专门开发和生产了导轨式收发器、集线器和交换机系列产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。美国NET silicon公司研制的工业Ethernet通信接口芯片，每片价格已降至1015美元，与各种现场总线芯片相比，具有很大的价格优势。现在的工业Ethernet现场总线采用一种称为连接装置（linking device）类似带开关的集线器结构，很好地解决了Ethernet的时间确定性问题。目前，PROFIBUSDeviceNet,ControlNet和LonWorks等都打算使用Ethernet。这些公司都在研究通过隧道（Turn

7、el）的简单传输机构，使用Ethernet传送报文。3 在工业控制中使用Ethernet如何获得技术支持。由于采用与商用Ethernet相同的技术，因此具有最广大的支持网络和资源。为了促进Ethernet在工业领域的应用国际上成立了工业Ethernet协会（.lndustrial.Ethernet.）和IAONA.iaona.），并与美国ARC Advisory Group AMR Resesch研究中心和Gartnet Gronp、AMR Reseach研究中心和Gartner Group等机构合作，开展工业Ethernet关键技术的研究。美国电气工程师协会（IEEE）正着手制定现场装置与E

8、thernet通信的新标准该标准。该标准让网络直接看到对象（object）。这些工作为Ethernet进入工业自动化的现场级打下了基础。为适应市场趋势全球主要自动化厂商和组织加强了工业Ethernet实现。 法国施奈德公司：4年前推出透明工厂战略，使其成为工业Ethernet应用的坚决倡导者。ModbusTCP/IP（1998）是目前工业Ethernet事实了标准，并促进Ethernet在传感器和设备级的应用。 德国门子公司：1998年发布工业Ethernet白皮书，并于2001年发布其工业Ethernet的规范，称为PROFINET。 美国洛威尔自动化公司：2000年发布工业Ethernet

9、规范，称为Ethernet/IP。 基金会现场总线FF：2000年发布工业Ethernet规范，称为HSE。4 Ethernet与网络安全问题 在工厂运用互联网技术并不意味着工厂网络一定要连接到互联网。采用网络的工厂，连入互联网均使用TCP/IP。这样就面临互联网类似的安全问题。 安全隐患：病毒、工业间谍、黑客、软件BUG、恐怖主义。 黑客的动机：金钱、信息、恐怖主义、破坏、政治等，工业现场相对较少吸引力。同时，黑客行为是高技术的，有费时费力费钱的代价。 物理连接管理提高安全性：PLC操作系统是专有的，不易受到黑客、病毒的侵略。 RAS、VPN提供远程访问：硬件身份识别。 可提供多种安全机制：

10、用户密码、数据加密、防火墙等。随着生物信息技术的发展，指纹、声音等生物信息将提高网络的安全性。基于TCP/IP的Ethernet在工业自动化中的应用Ethernet仅仅只有物理层和链路层规范，它通常与TCP/IP等平台无关的协议结合应用。我们所指的Ethernet实际上是指基于TCP/IP协议的Ethernet，即Ethernet/IP。过去，以生产PLC为主的公司都使用Ethernet完成信息级通信，其中，西门了公司的SIMATIET将Ethernet应用到车间级，并有向下层通信的趋势。随着FF HSE的开发成功，Ethernet将广泛应用于工业控制系统的监控网络。特别令人感兴趣的是，国际上

11、有些公司已推出了完全以工业Ethernet为基础的控制系统，其工厂级、监控级和现场级均采用基于TCP/P通信协议的工业Ethernet，配备Wed server功能，而且这种趋势愈来愈明显。人们预测，像当年工业PC进入工业自动化领域一样，Ethernet/IP将会十分迅速地进入工业控制的各级网络。基于TCP/IP的Ethernet构成的工厂网络的最大优点是将工厂的商务网、车间的制造网络和现场级的仪表、设备网络构成了畅通的透明网络，并与WEB功能相结合，与工厂的电子商务、物资供应链和ERP等形成整体，这就是施奈德的透明工厂概念。所谓透明工厂，即基于开放的Internet和Ethernet，实现：

12、 开放的商业化技术的应用OPC servers,Ethernet,Internet,IEC1131; 基于IT/Internet技术的产品开发 嵌入式网页服务器和浏览器提供对PLC数据的访问时间和可视化； 采用开放的网络策略 TCP/IP，物理层Ethernet； 创建现有的PLC作为“内容提供商”嵌入式服务器插件和OPC server。Ethernet及其应用层协议Ethernet/IP按照互联网参考的7层协议，Ethernet只提供了物理层和链路层协议，且通常与TCP/IP等协议结合应用。由于应用层协议不同，因此难以保证其互操作性。传输控制协议/网际协议（TCP/IP）是Internet的

13、网络层和传输层协议。在商业领域，它的互操作性由Internet的应用层的文件传输（FTP）、终端访真（Telnet）、电子邮件（SMTP）和他公共协议保证；在自动化领域，尚无标准的应用层，各自动化厂商都有自己的应用层，如Mod bus Ethernet TCP/IP就是一种应用层协议。为了在不同的网络设备中实现互操作，公共应用层是。当前，多个组织正在为工业自动领域的TCP/IP定义公共应用层协议。特别是将Ethernet用于现场设备级，是当前的热点课题。例如，面向制造自动化的Ethernet，产生了一种基于控制和信息的协议（CIP）的新型Ethernet工业实时Ethernet。这是为传输控制

14、协议/用户数据协议/协议（TCP/UDP/IP）定义的、基于主机/客户机的控制和信息协议。Ethernet的CIP称为Ethernet/IP。CIP是专为工业控制设计的应用层协议，提供了访问数据和控制设备操作的服务集。它采用用户数据协议/网际协议（UDP/IP）和传输控制协议/网际协议（TCP/IP）作为Ethernet网上的控制和信息协议，允许发送显式（信息）和隐式（控制）报文。其中，隐式报文是对时间有苛刻要求的I/O信息（事件触发、控制器互锁等），通过UDP/IP完成的隐式报文中数据区包含实时I/O数据（CIP的控制部分）；显式报文是无时间苛刻要求的点对点信息，可由TCP/IP完成（CIP的信息部分）。CIP向终端用户提供了自动化系统必不可少的控制、组态、数据采集服务功能。为面向自动化领域提供了Ethernet网上的工业自动化设备的互操作性和可换性。最近，著名的工业通信技术国际组织ODVA和PI在美国德州休斯敦新闻发布会上发表公开信，声称他们迄今为止相互竞争的现场总线以太网解决议案要在OPC建议的DX协议下彼此协调以推进标准化工作。特别是就定义工业以太网的功能和互操作性达成共识，并将以下方面作为工作重点：IP地址即插即用互操作的通用策略、装置描述和恢复机制；网络诊断议案；指导使用WEB技术；一致性测试需求；产生