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   用戶對更廣泛的實際應用領域和更強的環(huán)境適應能力的要求促進了工業(yè)以太網協(xié)議的發(fā)展。

　　啊，數(shù)字時代來臨了！僅僅過了那么幾十年，控制工程師們就開始用數(shù)字協(xié)議來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的4-20mA模擬控制系統(tǒng)協(xié)議了。數(shù)字信號控制的優(yōu)點是毋庸置疑的——確定性、接線簡化、速度更快、以及可以對設備進行遠程調試或故障檢查的能力，等等。這些優(yōu)點讓數(shù)字控制的起步一帆風順，控制工程師們也開始著手盡快將其標準化。而應其需要，工業(yè)以太網協(xié)議也隨之進化成符合數(shù)字控制要求的工具，并已適用于多種應用環(huán)境。

　　根據(jù)5年前Reed Corporate Research的一項控制產品研究調查，使用4-20mA標準的產品當時仍然占主導地位。但現(xiàn)在情況已發(fā)生了變化。在最近的一次調查中，有295個人回答了關于工業(yè)以太網協(xié)議的在線提問。由于以太網能有效地促進公司內部聯(lián)系，因此無怪乎53%的受訪者表示工程項目最需要工業(yè)以太網相關的專業(yè)人員，之后依次為IT信息技術人員（34%）、現(xiàn)場工程師（23%）、生產管理者（22%）以及處于第三梯隊的用戶/技術支持（8%）和測試工程師（8%）等。

　　網絡的使用

　　控制工程師們將以太網運用于現(xiàn)場的各個領域（請見左圖）。圖上的數(shù)據(jù)顯示與2006年進行的一次調查基本吻合，只有一個明顯的區(qū)別：用于商業(yè)管理的以太網最近幾年來已經快速普及開來，日常生產的各級管理層間的信息互享已成為全球經濟中跨國運作的基礎條件和標志之一。

　　以太網協(xié)議用戶主要分布在以下應用領域：監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集（78%）、控制（68%）、制造層的運營或執(zhí)行（63%）、企業(yè)層的運營（58%），以及較低端的I/O（48%）、傳動機構（37%）和傳感器（24%）。在控制系統(tǒng)領域，工業(yè)以太網絡的使用主要集中于邏輯控制方面（PC 89%、PLC 79%、可編程自動化控制器 66%），此外還有傳感器方面（視覺系統(tǒng) 37%、溫度傳感器/轉換器 18%、流量傳感器/轉換器 17%）以及傳動裝置（例如開關閥 18%和控制閥 14%）。

   根據(jù)回復的統(tǒng)計來看，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）顯然是以太網現(xiàn)場應用中

　　最常用和重要的一項，比排名第二的診斷、測試和維護多出接近一半的選票。

　　最常用的協(xié)議

　　根據(jù)調查反饋，最常用的十大工業(yè)以太網協(xié)議依次是：

　　■  TCP/IP (本國內)—95%

　　■  EtherNet/IP—88%

　　■  Modbus TCP—81%

　　■  UDP (本國內)—79%

　　■  Fieldbus Foundation High Speed Internet (HSE)—43%

　　■  EtherCAT—41%

　　■  SERCOS III—38%

　　■  Profibus Profinet—36%

　　■  CC-Link IE (Gigabit Ethernet)—31%

　　■  Ethernet Powerlink—27%

　　其他的協(xié)議包括VARAN（通用自動化隨機接入網絡）、Japan Electrical Manufacturers Association的FL-net (OPCN-2)、synqNet、Mechatrolink III，以及SafetyNet。請參閱本文后的包括十大協(xié)議在內的產品目錄。

　　所有這些協(xié)議都是符合標準的，大部分出自于各大公司之手。這一點在下圖所示的理想的工業(yè)以太網協(xié)議所應具有的特征清單中表現(xiàn)得相當明顯。

　　在被問及的34個特征選項中，高速能力（66%）被列為最為重要的特征。緊隨其后的依次是設備的可用性（65%）、可升級性（60%）、可使用商業(yè)以太網現(xiàn)貨的能力（60%），以及用于自動化控制應用的能力（60%）。　

　　受訪者選擇的“非常重要”的特征中，前七項的數(shù)量非常接近，第七項僅比第一項少7個百分點。

　　這前五項的排名情況與2006年的調查結果基本一致，只有一項例外：采用10/100 base的T/TX以太網介質的重要性由第五降到了第十；而取代它位置的則是數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁呒壪到y(tǒng)的簡便性。這一變化說明以太網協(xié)議正在向更廣泛也更復雜的企業(yè)級系統(tǒng)中滲透。

　　調查結果顯示，92%的受訪人已經在工廠級系統(tǒng)上開始使用以太網。而剩余的8%雖然還沒開始，但也已經在計劃中了。在這一部分的受訪者中，有59%表示將在來年啟動計劃，其余的41%也都表示將在13-24個月內正式開始動作。

　　而使用以太網的控制系統(tǒng)對我們來說已經不能算稀罕玩意了。在控制行業(yè)的受訪者中有17%表示已經使用這類系統(tǒng)10年甚至更長時間了，其中很多可能不是獨立的系統(tǒng)，而是其使用的DCS為主的控制系統(tǒng)的一部分。DCS，眾所周知，在使用以太網方面，已經有了很長一段歷史了

　　。而使用了6-10年的受訪者占總數(shù)的29%；2-5年的占34%；兩年的占12%；而一年的為8%。

　　盡管以太網控制協(xié)議的可選種類還很有限，現(xiàn)場安裝調試也較為復雜，但控制業(yè)內人士仍舊表示，比起其他任何常用的工業(yè)網絡，他們更青睞于以太網架構。63%的人選擇了非常滿意，36%選擇了一定程度上的滿意，而只有1%的人對其感到失望。

　　當被詢問到對安裝以太網控制系統(tǒng)的經驗建議時，控制工程師們都不約而同地提到了自己學習接受培訓的努力經歷。文字建議例如“先好好做好功課”、“先自己好好了解下實時以太網”，以及“花點時間徹底弄懂所有的適用選擇”之類不勝枚舉。但是對于擁有99%滿意度的工業(yè)以太網控制協(xié)議來說，所有花費在介紹、推薦、購買和安裝這個系統(tǒng)上的時間都是值得的。

　　EtherNet/IP：制造業(yè)

　　EtherNet/IP是采用Common Industrial Protocol (CIP)作為其上層通信協(xié)議的網絡家族的一員。CIP將一組消息和服務用于制造業(yè)的自動化應用，包括控制、安全性、同步、動作、配置和信息。它采用介質獨立接口，由數(shù)百家供應商支持著，并統(tǒng)一了整個制造業(yè)的通信方式。其生產者-消費

　　者服務模式讓用戶可以同時進行控制、配置和采集智能在線設備上的數(shù)據(jù)，或者將一個網絡作為分布各處的CIP網絡的主線進行工作。同時，它也能與標準互聯(lián)網協(xié)議和標準工業(yè)協(xié)議兼容，例如用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腛PC等。www.odva.org ODVA

　　TCP/IP：迷失了目標？

　　最早的以太網協(xié)議TCP/IP是由Internet Engineering Task Force (IETF)提出并推廣的，最初是為商業(yè)用途的數(shù)據(jù)網絡設計的，目前已經成為最普遍的用于工業(yè)以太網的傳輸協(xié)議之一。以太網TCP/IP是一個通信協(xié)議包，主要用于連接互聯(lián)網上的主機，并已經成為了網絡間數(shù)據(jù)傳輸實質上的標準協(xié)議。www.ietf.org Internet Engineering Task Force

　　Modbus TCP：建立在標準以上

　　Modbus TCP協(xié)議是一個1979年就已進入市場的消息結構協(xié)議，主要用于建立主-從/客戶-服務器系統(tǒng)與智能設備之間的通信。作為一種簡單的消息結構，Modbus獨立于基礎的物理層。它將一個通用的、可擴展的、普遍使用的物理網絡（以太網）與一個通用的網絡標準（TCP/IP），以及一個供應商中立的數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式結合起來。以太網接口502是Modbus TCP協(xié)議的制定接口。Modbus TCP能工作在以太網、光纖或其他主流無線網絡如Wi/Fi、無線電、GPRS，以及藍牙的環(huán)境下，其協(xié)議包含了TCP/IP本身。www.modbus.org Modbus-IDA

　　UDP：事務優(yōu)先

　　用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）能在一個交互連接的計算機網絡里使用帶有自尋址數(shù)據(jù)包的封包交換計算機通信模式。UDP的基礎是互聯(lián)網協(xié)議（IP），它為應用程序軟件通過最簡單的協(xié)議途徑將信息傳送到其他程序提供了支持。該協(xié)議是面向事務的協(xié)議，無法保證發(fā)送和復制的安全性。www.ietf.org IETF

　　HSE：全廠控制

　　高速以太網（HSE）被稱作是一項關鍵性的企業(yè)整合技術，尤其是在任務關鍵型應用上。它是FF現(xiàn)場總線基金會的高性能網絡，采用以太網架構和TCP/IP協(xié)議，最適合用于工廠的控制主網。HSE采用了100 Mbit/s的傳輸速率，同樣適用于設備和子系統(tǒng)的集成，和數(shù)據(jù)服務器技術例如OPC的集成，支持現(xiàn)場總線的所有功能，包括標準功能塊、電子設備表述語言EDDL，以及為高級過程和分布式/混合式/批控制使用的高度專業(yè)化的靈活的功能塊。www.fieldbus.org Fieldbus

　　EtherCAT：快速，經濟

　　EtherCAT是一種開放式的實時以太網絡，它可以通過雙絞線或者光纜在30ms內上傳1000個分布式數(shù)字I/O點，或在100ms內上傳100個創(chuàng)建軸對象的低層指令。EtherCAT不需要交換機或集線器，開放的以太網和互聯(lián)網技術幫助它擁有幾乎無限的網絡擴展能力和垂直整合的優(yōu)化能力，并因此獲得了快速而又經濟的實際效果。EtherCAT是一種符合IEC、ISO、SEMI的標準。www.ethercat.org EtherCAT Technology Group

　　SERCOS III：動作，I/O

　　SERCOS III是一種開放式的實時工業(yè)以太網協(xié)議——屬于IEC 61784-2 和IEC 61158標準的一部分。它能在較短的循環(huán)時間和較低的網絡抖動的情況下實現(xiàn)高精確度的控制，是早期SERCOS的升級版本，并可以不需要交換機或集線器獨立工作。新的功能包括同步、多動作控制間的通信，以及一款強大的分散式I/O模塊管理軟件。www.sercos.com SERCOS North America

　　Profinet：兼容性

　　Profinet據(jù)稱能夠實現(xiàn)自動化工程中任何所需要的功能：離散控制、過程控制、動作控制、點對點整合、垂直整合、安全保障，等等。它采用標準的IEEE 802.3以太網協(xié)議，并同樣能工作在IEEE 802.11的無線網絡環(huán)境中。它能在1ms內完成對150個動作指令的控制，同時只有1ms的抖動。它被認為是唯一適用于工廠資產管理和其他生產執(zhí)行系統(tǒng)相關信息的通信的工業(yè)以太網標準。www.us.profinet.com Profibus Trade Organization

　　CC-Link：全新的千兆以太網絡

　　CC-Link Partner Association (CPLA)開發(fā)了一種千兆工業(yè)以太網協(xié)議，CC-Link IE，可以將網絡通信的速度提高到接近底板傳輸?shù)乃俣取Ｋ侨虻谝粋€開放標準、1gb/s的工業(yè)網絡，采用雙環(huán)拓撲結構的標準以太網IEEE 802.3z多模光纜構建。CC-Link僅使用網絡自備內存就能正常工作，不需要交換機或集線器的支持。www.cc-linkamerica.org CC-Link Partner Association

　　Ethernet-Powerlink：更高的價值，更高的速度

　　Ethernet-Powerlink Standardization Group (EPSG)宣稱他們的協(xié)議對機器操作者和工廠運作者來說，具有極高的使用價值，包括以下功能：安全性（T哣 Rheinland標準，特別適用于要求SIL 3保護的系統(tǒng)）、冗余能力、與CANopen的兼容、用戶可對網絡拓撲自由進行選擇、支持熱插拔、抗背景流量干擾的能力，以及方便的系統(tǒng)診斷能力。www.ethernet-powerlink.org Ethernet Powerlink Standardization Group

　　FL-Net：連接工廠層

　　FL-net (OPCN-2)協(xié)議，是一款由日本Japan Electrical Manufacturers’ Association (JEMA)開發(fā)的用于PLC與其他控制單元互相交換控制數(shù)據(jù)的高速以太網協(xié)議。它支持包括UDP/IP與FA link在內眾多協(xié)議，作用于UDP/IP的上層網絡。www.jema-net.or.jp/English Japan Electrical Manufacturers Association

　　翻譯：陳廷炯