圖1  現場總線技術大大提高工廠運行診斷的能力

   (3)  guanliyinsu。baokuoduixianchangyibiaozaineideshebeijinxingzichanguanlishiyongxinxihuagaijingongyeguanlideyizhongyouxiaotujing。youyuxianchangzongxianyibiaodeshebeimiaoshuwenjiancunchulegaiyibiaodejibencanshuxinxi，renmendeyizhidaoshengchanchangshang、型號
、硬ying件jian和he軟ruan件jian的de版ban本ben等deng一yi係xi列lie對dui這zhe些xie設she備bei進jin行xing管guan理li的de基ji礎chu信xin息xi。另ling外wai，通tong過guo現xian場chang總zong線xian儀yi表biao提ti供gong的de運yun行xing信xin息xi和he診zhen斷duan信xin息xi，為wei實shi時shi降jiang低di成cheng本ben和he消xiao耗hao

，使shi工gong藝yi流liu程cheng和he工gong藝yi設she備bei處chu於yu優you化hua的de運yun行xing狀zhuang態tai創chuang造zao了le前qian提ti條tiao件jian。
   現在看來，隻有在中大規模的連續流程的過程控製係統才最有可能淋漓盡致地發揮FF的潛力。至於在中小型裝置上，盡管國內已安裝和投運了數以百計的FF現場總線係統
，但優越性就不夠明顯。甚至有的項目因上馬早，暴露出一些早期FFxianchangshebeidebuzuheyinjingyanshaoerdaozhigongchengshejidequexian。renhexinjishudechengshuyingyongdouhuiyouyigeguocheng，chuxianyixiefeizhimingxingdewentibingbuzuweiqi，fanerkeyigenjuwentidesuozaijiayifenxigaijin。

圖2  PROFIBUS適合用在製藥、飲料/食品和精細化工工業FF適用於連續流程工業

   在離散工業和流程工業之間，人們常常把在同一個工廠中既有連續流程又有離散流程的稱之為混合型工業（如圖2所示）。製藥、食品工業、飲料工業和精細化工都是典型的混合型工業。在這些工業中，為達到操作運行的優化，現場總線可以起到很重要的作用。特別是PROFIBUS
，由於其體係結構能夠以相同的通信協議既滿足離散過程控製PROFIBUS-DP的要求，又能用PROFIBUS-PA滿足連續過程控製的諸多要求（總線供電、本安防爆等）。此外，還有PROFIdrive的行規可滿足交流驅動或伺服驅動的同步要求，PROFIsafe提供附加的安全協議層
，符合IEC 61508國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)故(gu)障(zhang)安(an)全(quan)的(de)要(yao)求(qiu)。以(yi)上(shang)這(zhe)些(xie)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)要(yao)求(qiu)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)都(dou)共(gong)享(xiang)同(tong)一(yi)個(ge)通(tong)信(xin)棧(zhan)協(xie)議(yi)，使(shi)這(zhe)些(xie)行(xing)業(ye)的(de)用(yong)戶(hu)隻(zhi)用(yong)一(yi)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)就(jiu)能(neng)解(jie)決(jue)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)各(ge)種(zhong)要(yao)求(qiu)。甚(shen)至(zhi)已(yi)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)的(de)HART現場儀表，也可以用PROFIBUS HART規範使HART的客戶—主站模型在PROFIBUS上映射
，這樣便允許設備之間的HART報文利用PROFIBUS來作透明的傳輸[2]。顯然，在混合型工業應用PROFIBUS更加凸現其獨特的價值。

3  工業以太網和現場總線的相互補充[6]

   當從傳輸速率
、傳輸距離、本質安全、wuxuyouyuanjiaohuanshishebeiernengzaitongyitiaotongxindianlanshanglianjieduogeshebeidenenglidengfangmianlaishenshi
，faxianyitaiwanghexianchangzongxianshixianghubuchongde。duichuzaixianchangcengdeyibiaoshebeiyouzheqidutede、以太網難以滿足的要求
，而現場總線恰恰具有這些特性，這就構成了它們之間的理想的互補。
   現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)隻(zhi)有(you)中(zhong)等(deng)適(shi)當(dang)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)率(lv)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)用(yong)來(lai)實(shi)現(xian)現(xian)場(chang)層(ceng)的(de)儀(yi)表(biao)和(he)設(she)備(bei)的(de)通(tong)信(xin)

，一(yi)般(ban)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)內(nei)不(bu)斷(duan)在(zai)刷(shua)新(xin)的(de)變(bian)量(liang)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)或(huo)兩(liang)個(ge)，而(er)其(qi)它(ta)要(yao)監(jian)視(shi)的(de)信(xin)息(xi)通(tong)常(chang)都(dou)不(bu)要(yao)求(qiu)頻(pin)繁(fan)地(di)去(qu)觀(guan)察(cha)。而(er)在(zai)較(jiao)高(gao)的(de)層(ceng)次(ci)
，控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)鏈(lian)接(jie)設(she)備(bei)要(yao)對(dui)來(lai)自(zi)許(xu)多(duo)變(bian)送(song)器(qi)和(he)執(zhi)行(xing)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)綜(zong)合(he)或(huo)組(zu)合(he)處(chu)理(li)，以(yi)太(tai)網(wang)的(de)高(gao)傳(chuan)輸(shu)速(su)率(lv)和(he)高(gao)帶(dai)寬(kuan)便(bian)是(shi)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)的(de)適(shi)當(dang)選(xuan)擇(ze)。要(yao)求(qiu)一(yi)些(xie)像(xiang)變(bian)送(song)器(qi)、接近開關等小小的設備配備在100Mbps處理TCP/IP通信棧的能力，是沒有必要的。這就是現場總線隻要適中的傳輸速率和較為簡單的通信棧的理由。

   (1)  多節點。以太網每連接一個節點設備就要用一根電纜
，還要求有源的交換式集線器。當在一個中大型工廠中有成百上千個變送器
、傳chuan感gan器qi和he執zhi行xing器qi要yao聯lian網wang，用yong這zhe種zhong網wang絡luo連lian接jie

，顯xian然ran會hui變bian得de昂ang貴gui和he難nan以yi維wei持chi。但dan在zai此ci低di級ji別bie，現xian場chang總zong線xian可ke以yi方fang便bian而er高gao效xiao地di把ba儀yi表biao連lian接jie起qi來lai
，用yong一yi根gen電dian纜lan連lian接jie好hao多duo個ge現xian場chang設she備bei，不bu用yong附fu加jia有you源yuan的de交jiao換huan式shi集ji線xian器qi。這zhe既ji減jian少shao了le電dian纜lan和he其qi它ta硬ying件jian
，又you為wei連lian接jie大da量liang的de小xiao節jie點dian不bu必bi耗hao費fei過guo多duo的de費fei用yong。
   (2)  距離。由於分配給每個數據包的傳輸時間是有限的，所以在作為中繼的局域網交換式設備之間，如果采用銅線電纜的話其間距不得大於100米(mi)。當(dang)控(kong)製(zhi)室(shi)與(yu)現(xian)場(chang)儀(yi)表(biao)的(de)距(ju)離(li)很(hen)長(chang)
，以(yi)太(tai)網(wang)也(ye)許(xu)就(jiu)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)這(zhe)樣(yang)的(de)鏈(lian)接(jie)要(yao)求(qiu)了(le)。但(dan)是(shi)，現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)卻(que)能(neng)用(yong)一(yi)根(gen)電(dian)纜(lan)為(wei)控(kong)製(zhi)室(shi)與(yu)現(xian)場(chang)儀(yi)表(biao)之(zhi)間(jian)提(ti)供(gong)長(chang)達(da)2000米的連接；若(ruo)有(you)必(bi)要(yao)
，通(tong)過(guo)中(zhong)繼(ji)器(qi)還(hai)可(ke)獲(huo)得(de)幾(ji)倍(bei)長(chang)的(de)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)。當(dang)然(ran)
，以(yi)太(tai)網(wang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)光(guang)纜(lan)解(jie)決(jue)幾(ji)公(gong)裏(li)的(de)連(lian)接(jie)。不(bu)過(guo)
，考(kao)慮(lv)到(dao)要(yao)連(lian)接(jie)的(de)現(xian)場(chang)節(jie)點(dian)的(de)數(shu)量(liang)很(hen)大(da)的(de)時(shi)候(hou)，成(cheng)本(ben)過(guo)高(gao)的(de)因(yin)素(su)又(you)會(hui)促(cu)使(shi)人(ren)們(men)選(xuan)擇(ze)以(yi)太(tai)網(wang)和(he)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)互(hu)補(bu)的(de)方(fang)案(an)。
   (3)  供電問題。目前規範的以太網並不通過通信電纜集中提供電源。IEEE 802.3af雖然規定了以太網的集中供電的規範，但其DC 48V的最低電壓等級並不適用於自動化產品。現場總線則不然，它具有這個功能。這再一次表明這二者之間的互補性。
   (4)  本質安全問題。規範的以太網及其產品不具備本質安全的性能，因而不適合將它們用在有防爆要求的危險I區。而且在100Mbps執行TCP/IP通信棧，需要一定的處理功率，而這又恰恰超過了危險IIC區的允許範圍。但是
，對現場總線來說這不算什麼大問題。
   (5)  duoxieyiwenti。yigexianchangzongxianxitongzhinengchuliyizhongdanyidetongxinxieyi
，danweilelianjiebutongdezixitong，yexuyoubiyaozhichiduozhonggongyeyitaiwangxieyi。haoduogongyeyitaiwangxieyidouzaiwulicenghejiezhicunqukongzhicengMAC符合標準Ethernet，在傳輸層和網絡層符合TCP/IP
，隻是在應用層和用戶層有所不同。這就是說，HSE、EtherNet/IP和Modbus/TCP等可以在一條高速的Ethernet上傳輸，而到達各自的子係統。這是以太網和現場總線互補的又一證明。至於那些並非基於標準的IEEE 802.3，或並非基於TCP/IP的混合式的工業以太網協議
，則不具備多協議的能力。

4  以太網和現場總線的可互操作性

   IEC 61802給出了關於設備的兼容性的確切定義。圖3和表1描述了控製網絡中由不同製造廠商提供的設備之間所具有的共存性、可互連性、可協作性、可互操作性和可互換性的邏輯關係。由圖3可以清晰地知道，所謂的互操作性是指設備具有相同的通信協議、通信接口、數據類型和數據存取
，以及相同的參數語義
、應用功能性。
   顯然，以太網和TCP
、UDP和IP隻不過是在OSI 7cengmoxingzhongdedicengxieyi，yagenbushiyonglaitigongkehucaozuoxingdejiejuefangande。danshi

，ruguozaigongyeyitaiwangdetongxinzhandedingcengcaiyongxianchangzongxiandeyingyongcengxieyi，shinenggouzuodaokehucaozuoxingde。jiuhaoxiangEthernet/IP在其頂層與ControlNet和DeviceNet的頂層具有共同的CIP，FF的HSE在其頂層向下兼容H1的頂層協議，這樣的工業以太網與現場總線的互補
，才能實現在一個係統中的可互操作性。

圖3  控製網絡中設備的兼容性邏輯關係

   目(mu)前(qian)出(chu)現(xian)了(le)許(xu)多(duo)為(wei)解(jie)決(jue)不(bu)同(tong)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)而(er)開(kai)發(fa)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)協(xie)議(yi)
，它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)同(tong)樣(yang)也(ye)不(bu)具(ju)備(bei)可(ke)互(hu)操(cao)作(zuo)性(xing)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)的(de)頂(ding)層(ceng)協(xie)議(yi)也(ye)是(shi)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)的(de)。它(ta)們(men)的(de)低(di)層(ceng)協(xie)議(yi)往(wang)往(wang)一(yi)致(zhi)的(de)
，這(zhe)才(cai)是(shi)它(ta)們(men)的(de)共(gong)同(tong)點(dian)（如圖4所示 ）。

圖4  工業以太網往往采用Ethernet的網絡技術，但應用層協議各不相同

   應該注意的是，以太網和TCP或UDP/IP綁在一起
，要求適當的應用層目標結構以及用戶應用程序。否則
，所有有關標定（量程

、零點和滿刻度）、診斷、遠程監控

、連接選擇和傳感器類型等的實現

，又變成專用的了。
   使用OPC可以實現不同工業以太網協議的設備之間交換數據，但應該清楚地認識到這種數據交換絕非是處於現場層
的數據交換，而僅僅是在監控層的數據交換。總之
，以太網具有現場總線所不具備的特性。現場總線具有的特性以太網又不具備。OPC提供的卻是軟件與軟件之間的數據交換，而以太網和現場總線解決的硬件與硬件之間的通信。
表1  功能性的特性描述

   例如，過程值的刷新速率會影響到控製算法。
   現場總線屬於設備級的網絡
，用一根通信電纜就可以解決供電、本安、多節點連接和連接距離的問題。以太網是控製係統的骨幹網
，它傳輸速率高、可承載多種應用協議，傳輸路徑可利用路由器加以選擇，必要時可采用全冗餘的網絡結構。不同的工業以太網設備之間利用OPC來交換數據。在生產執行層（MES）和經營管理層（ERP）同樣運用以太網網絡。這就構成了如圖5 所示的係統結構圖，圖中還給出了不同的網絡介質和網絡協議。

圖5  現場總線
、工業以太網
、以太網結合成一個完整的係統結構

5  結語

   希(xi)望(wang)通(tong)過(guo)以(yi)上(shang)的(de)論(lun)述(shu)能(neng)夠(gou)對(dui)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)應(ying)用(yong)的(de)價(jia)值(zhi)取(qu)向(xiang)進(jin)行(xing)重(zhong)新(xin)認(ren)識(shi)，促(cu)使(shi)更(geng)多(duo)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)工(gong)作(zuo)者(zhe)去(qu)挖(wa)掘(jue)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)，讓(rang)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)在(zai)企(qi)業(ye)生(sheng)產(chan)信(xin)息(xi)係(xi)統(tong)中(zhong)體(ti)現(xian)出(chu)更(geng)多(duo)的(de)價(jia)值(zhi)
，真(zhen)正(zheng)從(cong)生(sheng)產(chan)的(de)最(zui)基(ji)礎(chu)的(de)環(huan)節(jie)開(kai)始(shi)，用(yong)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)推(tui)動(dong)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)的(de)高(gao)效(xiao)、低能耗、長期可靠地運行。