现场总线与工业以太网谁主浮沉

摘要：现场总线作为工业控制领域成熟的通讯技术，在未来数年仍将保持主流地位，然而工业以太网作为明日之星，其高速增长已势不可当。
        随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理企业的各个层次。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
统一与纷乱的工业通讯
        为统一目的而生的各类工业通讯技术，却面临多协议的纷乱现状。目前，国际上比较被认可的现场总线主要有两类，即国际电工组织的用于工业控制系统的 IEC61158标准、用于现场设备同选的IEC62026标准，还有国际标准化组织的ISO11898:1993。IEC61158是国际电工委员会测量和控制的数字数据分会和美国仪表学会联合制定的，最早从1984年起草，经过16年的努力协调磋商，到2000年才投票通过，但是没有实现唯一的统一标准。
        表1中的Type1是原IEC61158第一版技术规范的内容，由于该总线主要依据FF现场总线和部分吸收WorldFIP现场总线技术制定的，所以经常被理解为FF现场总线。Type2 CIP（Common Industry Protocol）包括DeviceNet、ControlNet现场总线和Ethernet/IP实时以太网。Type6 SwiftNet 现场总线由于市场推广应用很不理想，在第四版标准中被撤销。
        除FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET工业以太网较早进入IEC61158标准外，TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、Modbus-RTPS、VNET/IP、SERCOS III也陆续成为了IEC61158标准成员。以太网素有“一网到底”的美誉，即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案。 

 

中国现场总线运用与国际水平同步
        与欧美发达国家相比，中国的工业通讯技术发展较晚，技术上一直处于跟随的状态，至今没有一种被全球广泛认可的现场总线标准。但是在现场总线运用方面中国发展非常迅速。
        相对其他自动化产品，中国在现场总线运用方面起点较高，国际上最主要的现场总线技术都可以在中国找到使用的案例，非流程行业使用现场总线已经非常普遍，流程行业使用现场总线技术也走在世界前列，目前世界上最大的两个流程行业现场总线项目都在中国。可以认为，在现场总线运用方面中国保持了与国际同步的水平。截至2008年底，中国在用的各类现场总线节点数超过了1331万，实现了20%的增长。
        由于现场总线是最近20年发展起来的工业控制通讯技术，在中国是最近几年才开始批量运用的，因此在增长迅速的行业运用相对较多，如汽车、冶金、建筑、公共设施等领域。中国最早的现场总线运用主要来自引进的先进生产线，主要在汽车、冶金、电子制造、烟草等行业。
        目前，非流程行业的用户基本上都已经接受了现场总线。在流程行业，现场总线的运用起步较晚，用户接受度相对较低，因此在传统的化工、石油、电力等行业运用相对较少。

以太网技术渗透到现场设备层
        为了在竞争越来越激烈的制造业中取得成功，无论企业的规模如何，都必须更加快速地响应客户的要求，并为客户提供优质产品之外的其它价值。实现这些目标的最佳方式是实时、深入地了解整个制造企业的全部重要数据和商业资源。这是工业以太网部署的源动力。因而复杂技术的开放性、一致性和易用性以及消减独立于制造商的、系统范围的工程设计成本，成为越来越迫切的需求，这些极大推动了工业以太网快速进入现场级应用。
        与其他现场总线或工业通信网络相比，由于具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成、可持续发展潜力大等优点，从20世纪90年代中后期开始，以太网在工业自动化领域开始逐渐得到应用。以太网最早用于工业控制系统的信息层，这些应用信息量大，对实时性的要求相对较低。
        工业以太网与普通的以太网相比，需要解决可靠性、抗干扰性、实时性、本质安全等方面的问题。随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。通讯速度的大幅度提高和采用恰当的网络拓扑结构极大的改善了以太网的实时性，而采用更高品质的材料和选择合适的通讯介质、采用更加可靠的连接方式大大提高了以太网的可靠性。工程应用实践也表明，通过采用适当的系统设计和流量控制技术，以太网完全能够满足工业自动化领域的通信要求。
        如今，以太网已成为企业信息管理层、监控层网络的首选，并有逐渐向下延伸直接应用于工业现场设备间通信的趋势。“以太网技术将渗透到现场设备层，贯穿整个工业网络的各个层次，实现从现场仪表到管理层设备的集成”已成为工业自动化领域的共识。
        截止2008年底，中国在用的工业以太网安装节点数已超过5.8万，同比增长60%。由于金融危机的影响，OEM及冶金、汽车行业受到重创，工业通讯市场增长也随之增长放缓。但在经济复苏后，随着工业以太网可能出现的问题逐渐被解决，其安装节点数将呈连年递增的发展趋势。中国工控网预计到2012年工业以太网的规模将达到400万左右。
现场总线仍将保持主流地位
        现场总线技术已经成为工业控制领域成熟的通讯技术，为广大的自动化工程师所接受和掌握，在未来数年会保持在市场主流的地位。
        目前绝大多数工业用户都已经认可了现场总线技术带来的好处：降低总体构建成本、缩短施工周期、可靠性提高、系统可维护性好、系统管理功能增强。因此，在选择控制系统通讯方式的时候，用户更多的倾向现场总线技术。调查结果表明，已经使用过现场总线的用户中100%希望继续在下一个适合使用现场总线的系统中使用，而没有使用现场总线的用户中，83%将会在他们的新系统中尝试使用现场总线。

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