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案例頻道現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)導(dǎo)致了傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，使控制系統(tǒng)走向信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、分散化，形成新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)越性的精髓在于設(shè)備充分的信息化給控制診斷和管理帶來(lái)的好處，但多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面在某種程度上阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。雖然國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC/ISA）從1984年就著手開始制定現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，但是至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成，而是出現(xiàn)了各種總線共存的局面。眾多的現(xiàn)場(chǎng)總線往往使用戶在選擇中無(wú)所適從，而多種現(xiàn)場(chǎng)總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能實(shí)現(xiàn)相互高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，也使用戶在使用中面臨種種問(wèn)題。
這些問(wèn)題的存在，導(dǎo)致了近年來(lái)一些標(biāo)準(zhǔn)相互之間的集成，其中最為代表性的就是艾默生過(guò)程管理與西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D)宣布將共同擴(kuò)充系統(tǒng)接口以擴(kuò)展各自系統(tǒng)支持國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)能力。
而這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是基于系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展。在OPC(過(guò)程控制的對(duì)象鏈接嵌入)、EDDL和FDT(關(guān)于互操作性)、IEC61131-3(關(guān)于組態(tài))三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)下， 2003年發(fā)布了ISO15745標(biāo)準(zhǔn)，它解決了系統(tǒng)集成的應(yīng)用需求和接口兩個(gè)基本問(wèn)題，該標(biāo)準(zhǔn)全稱為：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和系統(tǒng)集成——開放系統(tǒng)應(yīng)用集成框架，分為4部分：通用參改描述、以ISO11898標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的參改描述、以IEC61158標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的參改描述、以以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的參改描述。第一部分提出了開放系統(tǒng)的應(yīng)用集成框架(AIF，Application Integration Framework)，它定義了一些元素和規(guī)則，構(gòu)成集成模型來(lái)表示應(yīng)用需求，并開發(fā)應(yīng)用互操作專用規(guī)范AIP，這個(gè)AIP是接口規(guī)范的表示形式，并要求開發(fā)AIP時(shí)，應(yīng)用UML、XML等來(lái)描述和表達(dá)。這些對(duì)系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展起到了里程碑式作用。將EDDL與OPC UA相結(jié)合用于數(shù)據(jù)交換是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，HART通訊基金會(huì)及PROFIBUS Nutzerorganisation總線技術(shù)協(xié)會(huì)推薦采用方式。該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將EDDL連續(xù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)描述及傳遞數(shù)據(jù)到用戶接口。EDDL還用于OPC服務(wù)器和OPC客戶應(yīng)用程序信息交換，實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)及其變量相對(duì)獨(dú)立。目前各種相關(guān)的集成技術(shù)仍在發(fā)展當(dāng)中，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的未來(lái)發(fā)展無(wú)疑具有正面意義。
工業(yè)以太網(wǎng)，一網(wǎng)到底？
現(xiàn)場(chǎng)總線的另一缺憾在于在工廠生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與上層ERP系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)睦щy，因?yàn)閮烧叩臄?shù)據(jù)格式不同，數(shù)據(jù)的運(yùn)行環(huán)境也不同。這無(wú)疑促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)近年來(lái)的快速發(fā)展，據(jù)業(yè)內(nèi)著名的市場(chǎng)調(diào)查公司ARC Group針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)提供的報(bào)告稱，2002～2007年間，每年的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口遞增率高達(dá)84%!而2003～2008年間，與工業(yè)以太網(wǎng)緊密相關(guān)的DCS產(chǎn)品和PLC產(chǎn)品的市場(chǎng)容量年增長(zhǎng)率分別達(dá)到15%和14%。隨著交換網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)正在快速地進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。工業(yè)以太網(wǎng)能夠否取代現(xiàn)場(chǎng)總線喧囂一時(shí)，至今，工業(yè)以太網(wǎng)能否在企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)層上獲得應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）層再往下到現(xiàn)場(chǎng)層真正的“一網(wǎng)到底”仍是業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的熱點(diǎn)。
作為當(dāng)今世界上最流行也最成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以太網(wǎng)具有價(jià)格低、速度高、易于組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并且易于與Internet連接。絕大多數(shù)操作系統(tǒng)(Windows、Unix) 和大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都支持以太網(wǎng)的通信協(xié)議。而工業(yè)以太網(wǎng)也有一定的局限性。其應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中，最首要的問(wèn)題就是以太網(wǎng)的信道分配方式采用CSMA/ CD 協(xié)議，適合于突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸，不具有實(shí)時(shí)性。在重負(fù)荷的情況下，沖突不可避免，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)癱瘓。為了將以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，國(guó)內(nèi)外許多公司和研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行各種嘗試，試圖對(duì)現(xiàn)有的以太網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)，并建立新的通信協(xié)議模型。需求驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展，“實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)”的研發(fā)成功無(wú)疑對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展具有里程碑的意義。
但無(wú)可否認(rèn)，工業(yè)以太網(wǎng)在工廠現(xiàn)場(chǎng)層應(yīng)用當(dāng)中，仍存在某些問(wèn)題。首先，統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也因?yàn)檎w的網(wǎng)絡(luò)透明度帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)安全的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，對(duì)于過(guò)程控制領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，目前亟待解決的問(wèn)題就是防爆保護(hù)。現(xiàn)在已經(jīng)有支持Ex-Zone 2的交換機(jī)。 然而，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為實(shí)現(xiàn)Ex-Zone 1的要求才是以太網(wǎng)深入進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)層的關(guān)鍵。用戶需要的是所謂本質(zhì)安全的交換機(jī)，在保證以太網(wǎng)高速的同時(shí)，兼具本質(zhì)安全的特性是這項(xiàng)技術(shù)的挑戰(zhàn)所在。相信能夠解決這一問(wèn)題，工業(yè)以太網(wǎng)在過(guò)程戰(zhàn)所在。相信能夠解決這一問(wèn)題，工業(yè)以太網(wǎng)在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中將扮演更加舉足輕重的角色。
無(wú)線，是主流還是補(bǔ)充？
繼現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)之后，無(wú)線通訊技術(shù)成為工業(yè)通訊領(lǐng)域中最引人關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)。采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更快的安裝，無(wú)需重新配置即可進(jìn)行物理移位，通過(guò)消除線纜及降低安裝成本能大大節(jié)約資金，并避免了大多數(shù)工廠環(huán)境中天羅地網(wǎng)般連線的混亂局面。
目前眾多自動(dòng)化公司都已推出面向各種應(yīng)用的工業(yè)無(wú)線產(chǎn)品，最為代表性的就是艾默生與霍尼韋爾。艾默生的智能無(wú)線解決方案結(jié)合了創(chuàng)新的自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線網(wǎng)關(guān)功能的行業(yè)領(lǐng)先的Rosemount測(cè)量變送器，以及AMS. Suite設(shè)備管理組合中的智能設(shè)備管理系統(tǒng)預(yù)測(cè)維護(hù)軟件。它們都可以與DeltaV和Ovation自動(dòng)化系統(tǒng)或是工廠原有的老式系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成。艾默生ROC800 系列遠(yuǎn)程操作控制器是智能無(wú)線解決方案的最新產(chǎn)品，它將自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到了遠(yuǎn)程生產(chǎn)和管線輸送領(lǐng)域。霍尼韋爾的OneWireless多功能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持多種工業(yè)協(xié)議與應(yīng)用，提供了一種易于管理并且高效運(yùn)行的單一無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案OneWireless更新版本實(shí)現(xiàn)與ISA100.11a工業(yè)無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容，是過(guò)程控制行業(yè)首個(gè)符合ISA100硬件標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
無(wú)線技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但雖然其可靠性、抗干擾性等問(wèn)題隨著技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)很多專家的認(rèn)可，但無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用還需考慮其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所獨(dú)有的全新因素，如電源管理、介質(zhì)訪問(wèn)控制層沖突如何避免等問(wèn)題。同時(shí)，無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的同樣不統(tǒng)一是否能使其重蹈現(xiàn)場(chǎng)總線的覆轍也是需要時(shí)間檢驗(yàn)的問(wèn)題。另一方面，工業(yè)無(wú)線技術(shù)目前的應(yīng)用還大多作為有線網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充，應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)中。安全高效的生產(chǎn)是用戶永遠(yuǎn)的首要追求目標(biāo)，工業(yè)控制要求強(qiáng)大可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而以往這一切都是依靠有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，要讓用戶能夠全然接受無(wú)線通訊這一新的方式，而替換掉現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)，成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的主流技術(shù)，相信還有很長(zhǎng)的一段路要走。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)