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了解现场总线

回顾现场总线的发展历史可以看出,现场总线大致出现在20世纪80年代末至90年代初。这一时期,随着生产规模的不断扩大,工厂内的设备有了互联的需求(这一阶段的互联需求主要集中在远程i/o数据传输和生产线内不同设备的数据交换)。人们希望通过全面掌握多点运行参数和信息,实现多点信息的运行控制。但是,此时的计算机系统具有封闭系统的缺陷。各个厂商的产品自成体系,不同厂商之间的设备无法互联互通。由于当时技术的限制,想要实现更大范围的信息共享的网络系统存在很多困难。

在实际发展过程中,出现了许多著名的现场总线技术,如基金会现场总线ff、hapt现场总线、can现场总线、lonworks现场总线、devicenet现场总线、interbus现场总线、profibus现场总线、worldfip现场总线、cc-link现场总线等。这些现场总线各有特点,形成了特定的应用范围。但是现场总线种类太多,采用的通信协议与完全不同。到目前为止,现场总线的标准还没有统一,最终形成了一个包含多种现场总线的iec现场总线标准。网上关于这方面的资料挺多的,这里就不展开了。

现场总线的定义我搜索过很多版本,但无论是百度百科还是国际电工委员会iec标准给出的现场总线定义,对于初学者来说还是晦涩难懂。直到最近看到一个关于现场总线的通俗解读,才觉得豁然开朗。我来和大家分享一下:现场总线是一种将最底层的自动化现场控制器和现场智能仪表设备互联起来的实时控制通信网络。它遵循iso/osi开放系统互连参考模型的全部或部分通信协议。

初学者可以从两个方面来理解现场总线:一是根据工厂自动化信息网络的层次结构(工厂管理层、车间监控层、现场设备层),可以知道现场总线位于生产控制和网络组织的底层,是工厂内底层设备之间的通信网络。在工厂底层应用现场总线技术的优势在于工厂信息垂直整合的透明通信,即从管理层到自动化底层的数据访问。

其次,现场总线是基于iso/osi的七层模型,可能少于七层。需要指出的是,在实际应用中,iso模型只是一个参考,不同类型的现场总线协议栈差别很大。一般会对iso/osi的七层模型进行简化,以达到更低的通信延迟,更快的速度,更好的实现现场总线的实时特性。

备注:开放系统互连(osi)是由国际标准化组织(iso)和ccitt共同制定的开放系统互连,为开放互连信息系统提供了功能框架。从低到高依次是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

走进工业以太网

鉴于现场总线的标准仍然是基于多种现场总线标准的折中,从某种意义上说,并不存在针对多种标准的标准。当以太网技术进入人们的视线时,人们开始寻找工业通信的新出路。以太网技术因其技术简单、开放性好、价格低廉,在办公和商业领域占有非常高的市场份额。一些厂商(如施耐德基于以太网 tcp/ip的 中国的解决方案)提出将以太网技术引入工厂设备底层,工业以太网应运而生。

然而,以太网是计算机局域网中最常见的通信协议标准。本来是为办公自动化的应用而设计的,但是没有考虑到工业现场环境的要求,比如高温、低温、防尘灯等,所以以太网不能直接用于工业现场。据智库介绍,工业以太网是指在工业环境的自动化控制和过程控制中应用以太网的相关组件和技术。工业以太网采用tcp/ip协议,兼容ieee 802.3标准,但在应用层会加入自己独有的协议。从定义上看,工业以太网也是现场总线的一种,就像现场总线的各种协议一样。

正如以太网适用于信息管理和信息处理系统一样,工业以太网也广泛应用于工厂管理、车间监控等信息集成领域。工业以太网最大的优势在于:可以满足各级控制系统的要求,使企业的信息网络和控制网络统一起来;以太网是易于实现网络集成的具有速度快、开发技术广、硬件升级范围广、价格低廉,并且容易获得众多厂商的支持。

然而,以太网是一种随机网络控制工程网络。j9九游会 的版权所有,并且具有通信不确定性的特点,这使得工业以太网一度被贴上“无法胜任高速实时数据通信”的标签。为此,世界各大公司纷纷转向基于以太网的通信确定性和实时性的研究,并取得了一定的成果。目前比较有影响力的实时工业以太网有西门子的profinet、北服的ethercat、b&r的powerlink、横河的vnet/ip、东芝的tcnet、施耐德的modbus-ida、浙大中控的epa等。

总的来说,工业领域的网络通信经历了从现场总线到工业以太网,再到实时工业以太网的发展过程。瑞典网络专家hms的最新调查数据显示,2016年,现场总线安全节点数量占整个市场的48%,较2015年的58%大幅下降,而工业以太网的市场份额从38%上升到46%。业内人士分析,工业互联网、工业4.0等战略的发展,推动了越来越多的工业设备互联互通,但工业网络通信市场仍然是碎片化的。

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