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近年来,随着确定性通信技术和环境适应性等关键问题的突破,工业自动化系统控制级以上的通信网络正在逐步统一到工业以太网,并正在向现场设备级延伸,工业以太网技术正在加快推广应用。由于以太网有以下优点:成本低廉、应用基础好、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展潜力大、易于与Internet 连接及实现WEB应用、支持多种传输介质。可以预见,随着以太网应用于工业现场设备间通信关键技术的不断完善,工业以太网很有可能会代替目前各种现场总线控制技术。
MODBUS用户集团于2002年公布的MODBUS/TCP规范是国际上自动化设备支持最广泛的工业以太网协议之一。它是一种面向连接的协议,每一个呼叫都要求一个应答。这种呼叫/ 应答的机制与MODBUS 的主/ 从机制相互配合,使网络具有很高的确定性。MODBUS/TCP协议是一种全开放,免费提供,容易理解的协议。在工业自动化领域中,具有很高的性能价格比,是一种真正开放的工业以太网理想方案。
我公司长期跟踪国际技术发展动态,经两年多时间的科研开发,研制出了能够具有MODBUS/TCP 工业以太网技术的网络式高性能智能化外测液位仪。实现了嵌入在仪表变送器内的MODBUS/TCP 工业以太网技术。目前在国内具有工业以太网技术的仪表变送器还处于研究起步阶段。根据2005年8月的科技查新报告表明,国内目前没有具有工业以太网技术的液位仪表、变送器产品,此技术实现在国内处于领先水平。
国内外相关技术的研究、开发现状从20 世纪80 年代开始,世界各大公司纷纷投入了大量资金和力量,开发了数百种现场总线,其中开放的现场总线有二、三十种。其中主要的有基金会现场总线FF、控制局域网络CAN、局部操作网络LonWorks、过程现场总线Profibus、HART协议、DeviceNet、ControlNet 及P - NET等。由于各标准互不兼容,国际电工委员会IEC 在1984 年开始筹备制定单一现场总线国际标准。然而,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,围绕着现场总线技术的标准进行了一场大战,最后经过多方妥协,于1999 年年底通过了包含八种总线的IEC - 61158 标准,这个结局向世人表明,在相当长一段时间内多种现场总线将并存,控制网络的系统集成与信息集成会面临困难的复杂局面。
综上所述现场总线技术的不足,具体表现为:
1、现有的现场总线标准过多,仅国际标准IEC 61158 就包含了8 个类型,未能统一到单一标准上来;
2、不同总线之间不能兼容,不能真正实现透明信息互访,无法实现信息的无缝集成;
3、由于现场总线是专用实时通信网络,成本较高;
4、现场总线的速度较低,支持的应用有限,不便于和Internet 信息集成。
随着互联网技术的发展与普及推广,以太网技术也得到了迅速的发展,以太网传输速率的提高和以太网交换技术的发展,给解决以太网通信的非确定性问题带来了希望,并使以太网应用于工业现场设备间的通信成为可能。由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点,目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用,并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。
以太网已成为工业控制网络的发展方向。以太网以其协议统一、完全开放、稳定性和可靠性好而获得了全球的技术支持。与现场总线相比,以太网具有以下优点:
A 应用广泛
B 成本低廉
C 通信速率高
D 软硬件资源丰富
E 可持续发展潜力大
F 易于与Internet 连接,能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成
G Web技术和以太网技术的结合,将实现生产过程的远程监控、远程设备管理、远程软件维护和远程设备诊断。
H 以太网支持多种传输介质,包括同轴电缆、双绞线、光缆、无线等,使用户可根据带宽、距离、价格等因素作多种
选择。以太网支持总线型和星型扑结构,可扩展性强,同时可采用多种冗余连接方式,提高网络的性能。
可以预见,随着以太网应用于工业现场设备间通信关键技术的不断完善,工业以太网很有可能会代替目前各种现场总线控制技术。以太网已成为工业控制网络的发展方向。