現場總線作為控製工程界和儀表自動化界的新一代技術,已有多年的發展曆史。目前除了看到越來越多的廠家推出了一個又一個新係統、新產品外,對於人們所期待的開放性,即多廠家產品可以互連、互通、互hu操cao作zuo方fang麵mian仍reng然ran沒mei有you看kan到dao突tu破po性xing的de進jin展zhan。當dang然ran,目mu前qian有you不bu少shao廠chang家jia推tui出chu了le可ke以yi將jiang多duo種zhong現xian場chang總zong線xian連lian接jie在zai一yi起qi的de網wang關guan類lei產chan品pin,但dan這zhe隻zhi能neng解jie決jue不bu同tong現xian場chang總zong線xian之zhi間jian的de信xin息xi互hu通tong問wen題ti,遠yuan未wei達da到dao可ke互hu操cao作zuo的de程cheng度du。而er且qie,依yi靠kao網wang關guan實shi現xian轉zhuan換huan,對dui於yu使shi用yong者zhe來lai說shuo還hai不bu是shi很hen方fang便bian的de,從cong用yong戶hu的de角jiao度du看kan,用yong轉zhuan換huan器qi或huo網wang關guan連lian接jie不bu同tong的de產chan品pin,肯ken定ding不bu如ru直zhi接jie連lian接jie更geng方fang便bian,更geng能neng保bao證zheng功gong能neng和he性xing能neng。造zao成cheng這zhe種zhong情qing況kuang的de根gen本ben原yuan因yin,不bu是shi因yin為wei現xian場chang總zong線xian的de產chan品pin太tai多duo了le,而er是shi由you於yu現xian場chang總zong線xian的de標biao準zhun太tai多duo了le。多duo個ge標biao準zhun的de存cun在zai阻zu礙ai了le開kai放fang性xing目mu標biao的de實shi現xian,而er開kai放fang性xing又you是shi影ying響xiang現xian場chang總zong線xian技ji術shu得de到dao廣guang泛fan應ying用yong並bing推tui動dong儀yi表biao數shu字zi化hua進jin程cheng的de關guan鍵jian因yin素su。
在曆史上,測量與控製有一個從單個設備到構成係統的質變過程,實現這種質變的關鍵因素是通信。在儀表控製時代,是4~20mA這zhe樣yang的de信xin號hao傳chuan輸shu技ji術shu使shi單dan個ge的de儀yi表biao控kong製zhi設she備bei連lian結jie在zai一yi起qi形xing成cheng了le儀yi表biao控kong製zhi係xi統tong,而er在zai計ji算suan機ji控kong製zhi時shi代dai,則ze是shi計ji算suan機ji局ju域yu網wang使shi集ji中zhong控kong製zhi變bian成cheng了le分fen布bu控kong製zhi。由you於yu通tong信xin是shi一yi種zhong將jiang多duo台tai單dan個ge設she備bei連lian接jie在zai一yi起qi的de技ji術shu,因yin此ci它ta的de最zui重zhong要yao特te性xing就jiu是shi標biao準zhun,也ye就jiu是shi說shuo,凡fan是shi要yao互hu連lian在zai一yi起qi的de設she備bei,必bi須xu遵zun循xun統tong一yi的de通tong信xin規gui約yue,采cai用yong一yi樣yang的de通tong信xin設she備bei,接jie在zai同tong樣yang的de物wu理li線xian路lu之zhi上shang,才cai能neng夠gou實shi現xian通tong信xin功gong能neng。因yin此ci,任ren何he通tong信xin設she備bei的de開kai發fa都dou是shi從cong標biao準zhun的de製zhi定ding開kai始shi的de。當dang然ran,為wei了le開kai發fa通tong信xin產chan品pin而er製zhi定ding的de標biao準zhun,一yi般ban都dou是shi廠chang家jia自zi己ji製zhi定ding的de,是shi圍wei繞rao該gai廠chang家jia自zi有you的de技ji術shu和he產chan品pin而er製zhi定ding的de各ge種zhong內nei部bu規gui範fan。而er不bu論lun哪na個ge廠chang家jia,開kai發fa出chu產chan品pin都dou是shi為wei了le擴kuo大da應ying用yong,打da開kai市shi場chang,在zai這zhe個ge時shi期qi,標biao準zhun又you成cheng了le拓tuo展zhan市shi場chang提ti高gao競jing爭zheng力li的de有you力li工gong具ju。
產品的標準有兩類,一類是規定產品外部特性和對外接口的,這類標準在產品推向市場時就必須向社會公布,因為這是用戶檢驗、使用相應設備時必須依據的文本。還有一類標準涉及產品的內部構造、內部技術規範、gezuchengbufenzhijiandelianjieguanxideng,zheleibiaozhunyibanshiqiyedeneibubiaozhun,bingmeiyoubiyaoxiangshehuigongkai,tazhishiqiyezaijinxingchanpinshengchanshizuoweixingchengshengchangongyideyiju,shuqiyezijidejishuzhishichanquan。duiyuhouyileibiaozhun,juedaduoshuqiyeshizuoweijishuzhishichanquanyanjiabaohude,danyeyouliwai,qizhongzuidianxingdelizijiushiIBM PC技術規範的公開。在IBM將其個人計算機的技術規範公開之後,計算機這個20世紀最偉大的發明就從神秘的實驗室走進了辦公室和普通人的家庭,其市場需求量產生了爆炸式的增長。IBM此舉不僅沒有損害自己的商業利益,相反,由於市場需求的激增,PC成了IBM的新的產業支柱,而且由PC數量的激增又帶來了許多新興產業。當然,在這種開放的環境中,IBM將麵對多個廠家的競爭,在這個市場上將不再存在壟斷利潤,要在PC業ye務wu上shang有you所suo發fa展zhan,隻zhi能neng通tong過guo自zi身shen競jing爭zheng力li的de提ti高gao才cai能neng實shi現xian。比bi較jiao起qi來lai,在zai計ji算suan機ji產chan業ye中zhong,小xiao市shi場chang中zhong的de壟long斷duan利li潤run並bing不bu比bi大da市shi場chang中zhong的de競jing爭zheng利li潤run來lai得de更geng大da,因yin此ci,PC技術規範的開放是IBM利用開放標準擴大產業的一個成功案例。
為什麼PC技術標準的公開會造成該產品需求量的爆炸式增長?這是應該認真研究的。首先,從技術上PC的(de)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)適(shi)應(ying)了(le)市(shi)場(chang)的(de)需(xu)求(qiu),當(dang)時(shi)已(yi)有(you)不(bu)少(shao)公(gong)司(si)推(tui)出(chu)了(le)基(ji)於(yu)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)的(de)各(ge)種(zhong)個(ge)人(ren)電(dian)腦(nao)產(chan)品(pin),例(li)如(ru)著(zhu)名(ming)的(de)蘋(ping)果(guo)電(dian)腦(nao),由(you)於(yu)各(ge)家(jia)的(de)個(ge)人(ren)電(dian)腦(nao)都(dou)沒(mei)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)銷(xiao)量(liang),因(yin)此(ci)成(cheng)本(ben)都(dou)相(xiang)當(dang)高(gao),這(zhe)自(zi)然(ran)阻(zu)礙(ai)了(le)個(ge)人(ren)電(dian)腦(nao)需(xu)求(qiu)量(liang)的(de)增(zeng)長(chang),而(er)需(xu)求(qiu)量(liang)上(shang)不(bu)去(qu),產(chan)品(pin)的(de)成(cheng)本(ben)就(jiu)下(xia)不(bu)來(lai)。這(zhe)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)死(si)循(xun)環(huan),而(er)IBM決定公開其PC標準,就成了打破這個死循環的關鍵之舉。PC技術標準的公開使得很多中小電子製造企業加入到了PC機部件的製造者行列,很多沒有能力設計整機的公司,可以根據標準生產PC機(ji)的(de)板(ban)卡(ka)部(bu)件(jian),而(er)利(li)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)板(ban)卡(ka)和(he)部(bu)件(jian),可(ke)以(yi)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)組(zu)裝(zhuang)成(cheng)整(zheng)機(ji)。這(zhe)樣(yang),生(sheng)產(chan)的(de)批(pi)量(liang)上(shang)去(qu)了(le),產(chan)品(pin)的(de)價(jia)格(ge)壓(ya)下(xia)來(lai)了(le),同(tong)時(shi)也(ye)促(cu)使(shi)更(geng)多(duo)的(de)人(ren)購(gou)買(mai)、使用PC機,原來的死循環變成了良性循環。因此PC機的市場猛增,把其它機種遠遠地甩在了後麵。
這裏有兩個關鍵點必須強調。第一是PC機的開放標準規範了硬件的生產,而且這個標準是唯一的。電子產品硬件的生產涉及到很多生產設備、生產工藝、原材料等環節,這些必須用一個唯一的標準去規範,才能夠進行規模化的批量生產,而用統一的標準生產的產品越多,批量越大、單件產品的成本就越低。可以設想一下,當初在IBM公開其PC機技術標準的同時,如果蘋果公司也同時公布蘋果機的技術標準,那麼個人電腦的市場將會如何發展呢?結果不好預測。第二是PC機的開放標準是有限的,即該標準隻涉及到PC機的硬件規範,其實最主要的就是PC總線的規範,當然還有電氣連接、機械尺寸等規範。再上層的軟件則隻規定了訪問硬件的接口,其餘由軟件公司去自由發揮。因此在標準的PC硬件之上,可以有DOS、Windows、Solaris、各種UNIX、LINUX等等多種操作係統。而在應用軟件方麵,則更多達成千上萬種。無疑,豐富的軟件是促進PC機(ji)大(da)量(liang)應(ying)用(yong)的(de)又(you)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。但(dan)是(shi),軟(ruan)件(jian)的(de)極(ji)大(da)豐(feng)富(fu)不(bu)是(shi)用(yong)軟(ruan)件(jian)的(de)有(you)關(guan)標(biao)準(zhun)規(gui)範(fan)出(chu)來(lai)的(de),相(xiang)反(fan),這(zhe)是(shi)在(zai)統(tong)一(yi)的(de)硬(ying)件(jian)標(biao)準(zhun)之(zhi)上(shang)通(tong)過(guo)自(zi)由(you)發(fa)展(zhan)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)。由(you)於(yu)軟(ruan)件(jian)是(shi)直(zhi)接(jie)麵(mian)向(xiang)應(ying)用(yong)的(de)產(chan)品(pin),而(er)應(ying)用(yong)的(de)需(xu)求(qiu)是(shi)千(qian)差(cha)萬(wan)別(bie)的(de),也(ye)是(shi)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)發(fa)展(zhan)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)變(bian)化(hua)的(de)。我(wo)們(men)不(bu)可(ke)能(neng)用(yong)標(biao)準(zhun)去(qu)規(gui)定(ding)或(huo)固(gu)化(hua)應(ying)用(yong),但(dan)應(ying)用(yong)的(de)基(ji)礎(chu)平(ping)台(tai),即(ji)硬(ying)件(jian)應(ying)該(gai)是(shi)標(biao)準(zhun)的(de)。這(zhe)樣(yang)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)出(chu)來(lai)的(de)軟(ruan)件(jian)才(cai)能(neng)有(you)共(gong)同(tong)的(de)平(ping)台(tai),才(cai)能(neng)夠(gou)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)之(zhi)間(jian)實(shi)現(xian)信(xin)息(xi)的(de)互(hu)通(tong)和(he)共(gong)享(xiang)。
可以用圖1表明不同的應用與基礎平台之間的關係。假設有A、B、C三個應用,其中有一部分是各個應用都需要的共性部分,在邏輯上被表示為A&B&C,這個共性部分即為應用平台,由硬件及固化的軟件組成。在圖1中,需要標準化的是平台,即A&B&C,而其餘部分則需要根據應用的需求自由發展。

圖1 多種應用與基礎平台的關係
通過以上的論述,應該對當前在現場總線技術領域中出現的多標準局麵有一個較明確的認識。在IEC的多個現場總線標準中,絕大多數都包含了OSI層次模型中的物理層、數據鏈路層和應用層等內容,有些標準還在應用層之上增加了更高層次用戶層。如果說OSI模型中的底層(指傳輸層以下各層,包括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層)是(shi)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)的(de)基(ji)礎(chu)網(wang)絡(luo)平(ping)台(tai),那(na)麼(me)其(qi)高(gao)層(ceng),包(bao)括(kuo)應(ying)用(yong)層(ceng)和(he)用(yong)戶(hu)層(ceng),就(jiu)是(shi)與(yu)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)關(guan)係(xi)密(mi)切(qie)的(de)部(bu)分(fen)。在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)標(biao)準(zhun)中(zhong)將(jiang)基(ji)礎(chu)平(ping)台(tai)和(he)應(ying)用(yong)捆(kun)綁(bang)在(zai)一(yi)起(qi),將(jiang)很(hen)難(nan)兼(jian)顧(gu)標(biao)準(zhun)的(de)普(pu)遍(bian)適(shi)用(yong)性(xing)和(he)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)的(de)多(duo)樣(yang)性(xing),必(bi)然(ran)要(yao)做(zuo)出(chu)某(mou)種(zhong)犧(xi)牲(sheng)。事(shi)實(shi)上(shang),多(duo)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)即(ji)使(shi)都(dou)是(shi)IEC通過的標準,但也有其不同的最佳應用領域,如FF之流程控製領域、DeviceNet之邏輯控製領域等。這實際上局限了標準的適用性,人們不會設想在製造行業的控製係統中使用FF現場總線,也不會設想在化工廠等流程控製係統中選用SwiftNet。在IEC 61158的(de)多(duo)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)標(biao)準(zhun)中(zhong),不(bu)乏(fa)相(xiang)當(dang)好(hao)的(de)技(ji)術(shu),作(zuo)為(wei)底(di)層(ceng)的(de)網(wang)絡(luo)通(tong)信(xin)支(zhi)撐(cheng)平(ping)台(tai),可(ke)以(yi)有(you)相(xiang)當(dang)廣(guang)闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。但(dan)是(shi)一(yi)旦(dan)與(yu)高(gao)層(ceng)協(xie)議(yi)捆(kun)綁(bang),就(jiu)阻(zu)礙(ai)了(le)它(ta)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。人(ren)們(men)不(bu)能(neng)設(she)想(xiang)在(zai)ProfiBus的物理層、數據鏈路層的協議平台上跑FF的應用層協議,也不能設想在FF的H1線路上跑DeviceNet的de高gao層ceng協xie議yi。而er作zuo為wei底di層ceng支zhi撐cheng平ping台tai的de產chan品pin,一yi般ban都dou是shi以yi硬ying件jian以yi及ji固gu化hua軟ruan件jian形xing態tai出chu現xian的de,這zhe類lei產chan品pin若ruo不bu具ju備bei最zui廣guang泛fan的de普pu適shi性xing,必bi然ran達da不bu到dao生sheng產chan的de經jing濟ji批pi量liang,這zhe將jiang導dao致zhi產chan品pin的de成cheng本ben居ju高gao不bu下xia,反fan過guo來lai又you阻zu礙ai了le產chan品pin的de應ying用yong數shu量liang。目mu前qian,多duo標biao準zhun的de現xian場chang總zong線xian就jiu處chu在zai這zhe樣yang一yi種zhong難nan堪kan的de局ju麵mian當dang中zhong。
從上麵的討論中知道,作為標準,唯一性或統一性是極為重要的,有了唯一的、tongyidebiaozhun,caiyoukenengxingchengjudadeyingyongliang,huodadaochanyeguimo。ertongyibiaozhunxingchengdebiyaotiaojian,jiushibiaozhunyaojinliangjiandan,xuyaozunxundeguidingyaojinliangshao。shijishang,yueshifuzadebiaozhun,gezhongguidingyueshifanzadebiaozhun,jiuyueburongyidedaoguangfandecaiyonghezunxun。zaiyibiaoxingye,4~20mA標(biao)準(zhun)正(zheng)是(shi)由(you)於(yu)其(qi)簡(jian)單(dan)明(ming)了(le),得(de)到(dao)了(le)各(ge)家(jia)儀(yi)表(biao)企(qi)業(ye)和(he)用(yong)戶(hu)的(de)廣(guang)泛(fan)認(ren)同(tong),成(cheng)為(wei)了(le)儀(yi)表(biao)界(jie)的(de)統(tong)一(yi)標(biao)準(zhun)。在(zai)此(ci)標(biao)準(zhun)之(zhi)下(xia),任(ren)何(he)一(yi)個(ge)廠(chang)家(jia)的(de)儀(yi)表(biao)都(dou)可(ke)以(yi)和(he)另(ling)一(yi)廠(chang)家(jia)的(de)儀(yi)表(biao)共(gong)存(cun)於(yu)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)中(zhong),其(qi)信(xin)號(hao)的(de)交(jiao)換(huan)不(bu)存(cun)在(zai)任(ren)何(he)障(zhang)礙(ai)。而(er)在(zai)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)走(zou)向(xiang)數(shu)字(zi)信(xin)息(xi)之(zhi)後(hou),由(you)於(yu)技(ji)術(shu)比(bi)過(guo)去(qu)複(fu)雜(za)了(le),而(er)且(qie),數(shu)字(zi)化(hua)技(ji)術(shu)大(da)大(da)地(di)擴(kuo)展(zhan)了(le)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)能(neng)。因(yin)此(ci),數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)表(biao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)標(biao)準(zhun)必(bi)然(ran)比(bi)4~20mA這樣簡單的模擬信號標準要複雜得多。麵對這樣複雜的情況,充分利用OSI參考模型,按照不同的功能層次製定不同的標準,並按OSI模型的層次來規範層次間的接口關係,應該是將複雜問題簡單化的好方法,而不是像現在這樣,推出多個互相獨立、互不兼容、功能層次完整的標準。
目mu前qian處chu於yu關guan注zhu焦jiao點dian的de工gong業ye以yi太tai網wang技ji術shu極ji有you可ke能neng成cheng為wei打da破po現xian場chang總zong線xian多duo標biao準zhun並bing存cun的de不bu利li局ju麵mian的de轉zhuan折zhe點dian,但dan是shi應ying該gai特te別bie引yin起qi注zhu意yi的de是shi,務wu必bi不bu要yao使shi工gong業ye以yi太tai網wang成cheng為wei第di九jiu個ge或huo第di十shi一yi個ge現xian場chang總zong線xian類lei型xing,成cheng為wei又you一yi個ge將jiang底di層ceng數shu據ju通tong信xin支zhi撐cheng平ping台tai和he高gao層ceng應ying用yong捆kun綁bang在zai一yi起qi的de非fei常chang複fu雜za的de標biao準zhun。這zhe樣yang的de標biao準zhun注zhu定ding是shi很hen難nan得de到dao廣guang泛fan認ren同tong和he采cai用yong的de,對dui推tui動dong儀yi表biao數shu字zi化hua進jin程cheng、形成數字化儀控產業將起不到什麼作用。人們希望的是在傳輸層以下形成一個統一的標準,這個標準將以通用的以太網和IP、TCP/UDP為基礎,增加數據實時通信能力,在工業環境下運行的防護能力、網絡供電能力、網絡冗餘能力、防fang爆bao措cuo施shi和he與yu通tong用yong信xin息xi網wang段duan互hu連lian等deng各ge項xiang與yu工gong業ye應ying用yong相xiang關guan的de規gui範fan。在zai應ying用yong層ceng麵mian,可ke以yi提ti供gong一yi個ge標biao準zhun的de接jie口kou或huo框kuang架jia,在zai數shu據ju格ge式shi中zhong預yu留liu大da量liang的de可ke根gen據ju應ying用yong需xu求qiu定ding義yi的de字zi段duan。至zhi於yu具ju體ti的de應ying用yong,完wan全quan可ke以yi根gen據ju需xu求qiu去qu擴kuo展zhan,這zhe完wan全quan是shi可ke以yi用yong軟ruan件jian解jie決jue的de問wen題ti,而er在zai底di層ceng的de基ji礎chu實shi現xian了le統tong一yi標biao準zhun後hou,應ying用yong軟ruan件jian是shi不bu怕pa多duo的de,越yue豐feng富fu越yue好hao,它ta必bi定ding對dui現xian場chang總zong線xian技ji術shu起qi到dao極ji大da的de推tui進jin作zuo用yong。