工业以太网：工控与IT的对话

随着网络与通信技术的发展，IT与工控，正在不断地走向融合。我们既能看到出身于IT的工业PC在工控领域方兴未艾，也能看到工控技术正在传统IT的应用领域成为市场新宠。“管控一体化”则更直接地将这两个原本不同的技术门类集于一身，成为企业信息化的重要组成部分。与此相应，IT企业涉足工控成为业内新景，如联想工控、北京金远见。
曾以“文曲星”叱咤消费类电子市场的金远见，年初推出了其工业以太网解决方案——Gport系列设备联网服务器，成为直接向工控输入IT技术的企业代表。因此，中国工控网专访金远见负责工控产品的行销二部经理梁文奎先生，就颇有工控与IT对话的意味；而工业以太网，既是IT技术在工控领域应用的新典范，更是工业现场与管理层“对话”的新方案。



中国工控网：我国在十五期间明确了“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”的发展思路，在技术应用上，这种政策导向直接加快了IT技术向工业领域的渗透，如基于PC的技术、嵌入式技术和网络与通信技术等。金远见出身于IT，并在民用消费类电子产品中取得过不俗成绩，请问促使金远见跻身于工控领域的除了政策驱使，是否有其它原因？

梁先生：金远见跻身于工控领域除了顺应“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”的潮流外，还和金远见公司的自身情况有关。确切的讲，对于嵌入式技术、网络与通信技术领域，金远见并不是刚刚涉足而是早有投入，早在1993年金远见就推出了中国地区第一台终端通信服务器，至今已累计10,000台以上的出货量，广泛应用于国内金融、电信等领域；除民用消费品外，网络通信相关产品一直是金远见的另一个产品系列，只是和光芒四射的文曲星相比，较少被媒体报道关注；90年代初期Linux开源操作系统得到蓬勃发展，1999年，金远见公司结合开源的 Linux 操作系统 跟 自主开发设计的 RISC芯片去做产品，形成的产品线主要有两大产品线，一个是手持移动终端，另一个就是网络通信产品线；手持终端可运用于物流、仓储等领域，加上无线局域网连接，形成强而有力的移动数据终端；整个平台的搭建大概是从五年前开始做的，陆陆续续两年前已成功推出了几款以此为架构的产品。正是循着这样的产品发展思路，今年上半年金远见推出了将网络通讯技术和嵌入式技术相结合的产品-Gport系列设备联网服务器，这款产品不但可以支持传统的数据透明传输的应用方式，更结合了Linux的特性，提供用户二次开发的能力，用户可使用的空间达3M之多，这是传统产品设计做不到的。

中国工控网：金远见进入工控选择的产品是联网服务器，这说明金远见看好工业以太网的发展趋势。请问，以太网技术在工业控制中越来越受到追捧的前提优势是什么？

梁先生：以太网技术之所以在工控领域受到越来越多的关注（先不说追捧），确实有其优势存在。首先最大的优势在于它的开放性，这在网络规模扩大，异构网络互连的需求出现时会显得尤为重要；再一个优势在于以太网已是一项非常成熟的技术，组网成本低廉；第三个优势是高带宽，FCS现场总线一般传输速率为几十Kbit∕s至1－2Mbit∕S，以太网的最低带宽为10Mbit/s，今天100Mbit/s和千兆快速交换机已非常成熟了，万兆快速交换机也已经问世和运用了。
一项技术的推广普及，它能否成为行业的标准，一些制约因素是必须要考虑的，例如：用户对它的熟悉程度，这在很大程度上会决定用户是否会选用它；技术本身和相关产业的成熟度，即用户是否能以较低廉的成本获取到，是否“玩得起”；技术规格的开放程度，开放的技术会有更多的厂商投入，这也会加速市场的成熟；当然还有一条很重要的就是业内重量级厂商的支持。综合看以上几项，以太网和TCP/IP技术无疑是最具“明星”潜质的，这就是我们之所以看好它的原因。

中国工控网：技术上的先进不是其成功应用的充分条件，其中一个重要的考量就是成本，即该技术能否有效地兼容原来的技术，能否充分地利用原有设备的投资。出身于商用的工业以太网在工控领域的应用如何解决以上问题？

梁先生：谈到成本，一般会有两个方面的考量，即：构建成本和运营成本。前面已经谈到，由于以太网技术相关产业的成熟度很高，构建成本不会有问题。但一项新的技术手段，也包括成熟的技术运用于新的领域，必须考虑和原有技术的兼容。对以太网应用于工控而言，串口设备联网服务器的出现就是解决兼容性的一种手段，国内在过去十几年有非常多的人用单芯片象8051这样的东西去做传感器、控制器和做各方面的应用。8051是一个八位数的芯片，基于这样的技术方案做出来的设备非常多，这样的设备不容易连上以太网，但它一定有串口；我们要如何把这样的单片机设备整合到以太的环境中去？这是我们今后的发展重点，也是基于国内有这么多人对8051这种单芯片机这么熟悉，基于这个芯片产生这么多设备，他们都需要联网。在智能楼宇中，比如门禁的传感设备，有太多类似的控制设备都需要被IP化，但是把它一步到位统统IP化是不容易的，这就需要一个过渡。该怎样去解决？这就需要如 Gport104这样的设备来做整合。为了进一步解决系统运行软件的兼容性问题，我们还在Gport串口服务器上提供了适应各种操作系统的实端口模式，使用户的系统可以平滑过渡。

中国工控网：解决了以太网技术在工业控制中应用的成本问题，我们再来看看技术本身的问题，工业控制的要求和工业现场的环境与商用办公的要求和环境相去甚远，具体地说，以太网如何加强其实时性、稳定性和安全性以满足工业控制的要求？

梁先生：在工业以太网络的环境中，现场设备可以与交换机端口采用全双工通信线路，交换机内部实现了多对端口之间的并行交换，这样，彻底摆脱了CSMA/CD的限制，提高了信息传递的确定性和实时性。交换式以太网具有传输带宽高、网络容量大、组网方便等优点。同时，还支持虚拟网络，从而降低组网成本并提高了组网的灵活性。另外，以太网电缆由早期的粗同轴电缆发展到现在的双绞线和光缆，大大提高了网络的传输速度和抗干扰的能力，同时成本也大大降低了。为解决稳定性问题，现在不少的工业以太网交换机厂家都在研究冗余自愈等相关技术，现在看到的系统冗余倒换时间已可控制在300ms以内，有的甚至更短。相信，随着以太网交换技术、冗余自愈技术、抗干扰技术的发展，它会成为一种更适用于工业环境的网络。

中国工控网：现场总线是工业现场设备联网的专用而成熟的解决方案，您认为未来的发展趋势，是工业以太网向下延伸取代现场总线，还是现场总线向上集成到工业以太网？这两种联网方案的特点是什么？

梁先生：现场总线是专为工业现场设备层通信而设计的，是为自动化控制量身定做的技术，而以太网技术的设计初衷是办公网，用于数据的交换、共享，从本质上讲，这是两种为不同应用领域而设计的不同风格的技术。近年来，由于人们对开放性平台的追求，也由于现场总线技术迟迟无法统一，使大家开始尝试将标准化的以太网技术应用在工业控制的领域。
现在，现场总线技术的最大问题是没有统一的标准，国际电工委员会（IEC）历时12年，于2000年1月才正式公布了IEC61158现场总线全部技术标准，由于妥协了各大公司的既得利益，并没有实现标准的统一，在此标准中容纳了8种互不兼容的通信协议。其开放性全分散控制等仍存在许多问题，有许多厂商不提供真正的开放平台，控制器之间的垂直和水平通信非常困难，所有控制器是“孤岛”，独立于INTERNET之外，无法集成。这种现象在以太网发展的初期也同样出现过，大家并不是一开始就统一到TCP/IP标准上，Toking Ring、Netware等网络技术也曾风行一时，是INTERNET的发展促使人们认识到要想信息共享，必须要有一个统一的网络协议标准。
我们认为，在一段时间之内，这两种技术会共存共容，分别在自己擅长的领域发挥作用，慢慢地他们会互相融合，也许最终会形成一种统一的新网络标准，满足人们一网到底的愿望。

中国工控网：工业以太网进入工业现场已经是不争的发展趋势，您看到的工业以太网应用现状、应用障碍和趋势如何？

梁先生：如前文所述，随着以太网技术本身的进步，交换式以太网已彻底摆脱了CSMA/CD的限制，提高了信息传递的确定性和实时性，加上控制系统设计上的技巧，使以太网作为现场总线的具体应用已经在工业自动控制领域被逐步接受。
在工控中被强调最多的是实时性，其实，不同的应用对时间反应的要求也是不一样的，也就是说，这个“实时”是很有弹性的。比如，门禁系统对时间的反应在几百毫秒的级别是可以被接受的，空调系统对时间的要求会更低，而有些系统则必须要求几十毫秒甚至几毫秒的时间响应。在这方面，以太网技术既有优势也有劣势，优势在于它的传输带宽，现在百兆、千兆网已是很成熟的技术，而劣势在于标准TCP/IP协议的分层架构，每层都有自己的协议开销。所以，以太网技术在一些对时间反应不是非常敏感的场合已开始部署应用，而其本身也还有可以不断完善改进之处，这种技术在工控领域正逐步被人们接受和认可。
由于工业以太网技术进入工控的时间不长，虽然在许多联网应用尤其是实时性要求不高的场合，工业以太网已经实现了许多成功案例，但与我们预测到的巨大应用潜力显示出来的市场相比，还微不足道。一方面，传统应用中有太多设备需要联网，这就需要象Gport104这样的产品和方案去将更多的设备使其IP化；另一方面，工业以太网技术本身还在不断改进和提高中，这将不断拓宽其应用范围。

中国工控网：相对于串口服务器的老牌供应商如MOXA等，习惯了民用市场的金远见在工控领域显得不够专业，作为后来者，金远见在技术、产品和市场方面有那些优点和不足？针对不足，金远见如何应对？

梁先生：作为一家有很强的软、硬件<