现场总线及工业以太网技术的发展

工业控制网络通讯手艺服务于工业控制系统,其生长与控制手艺的生长慎密相关,而控制手艺是应生产工具/装置的要求而发生的,工业控制网络通讯手艺的生长与生产手艺的生长是相辅相成的。 人类生长的历程是一个生产力生长的历程,也是制造和使用工具水品提升的历程,凭据人们对工具使用的水平,我们可以将生产水平分为如下四个阶段: 手工生产阶段 在这个阶段人们只能使用简朴的工具,主要依赖人类和牲畜的体力举行生产,生产效率较低,产量较小,生产手艺代代相传,没有严酷统一的工艺尺度,产物的一致性和连贯性较差,在差异的时间和区域差异异常大。 机械化生产阶段 此阶段与手工生产阶段最大的差异在于,主要生产的动力来自动力转化机械装置,如蒸气机、内燃机、电动机等,工人主要卖力质料的准备、搬运,产物的包装、储运,装备状态的监视及对装备的操作等。机械化生产极大的提高了产物产量和产物的一致性。在此阶段,出于提高效率思量,人们开发出了一些简朴的自动化控制装置,如能使风车迎向风向的尾翼装置,能使蒸汽轮机保持速率稳固的飞球调治器等。 自动化生产阶段 此阶段的特点是大大降低了工人的劳动强度,工人的事情主要是对生产装置举行控制,原辅料进入生产线就能够生产出预定的产物,产物的产量和一致性大幅度提高。在此阶段,生产装置的规模逐渐增添,生产历程对装备之间的协调提出了更高的要求,电子控制装置随之泛起,为了协调装备之间的协同事情,泛起了工业通讯手艺。 智能化生产阶段 此阶段的生产特点是多品种,小批量,产物更新换代快,以前接纳的使用差异的装备来生产差异类产物的方案此时难以知足云云多的个性化要求,制造业主希望能够以少量的装备生产尽可能多的产物品种,柔性制造的观点因而泛起。1973年,美国学者哈林顿博士提出计算机集成制造CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的观点,其基本起点是:企业的名种生产经营活动是不可分割的,要统一思量;整个生产制造历程实质上是信息的采集、通报和加工处置的历程。 20多年来,CIMS的观点已从典型的离散型机械制造业扩展到化工、冶金等延续或半延续制造业。CIMS与计算机综合自动化制造系统是同义词,是自动化程度差异的多个子系统的集成,如治理信息系统、制造资源设计系统、计算机辅助设计系统、计算机辅助工艺设计系统、计算机辅助制造系统、柔性制造系统(FMS)等。它面向整个企业,笼罩企业的多种经营活动,包罗生产经营治理、工程设计和生产制造各个环节,即从产物报价、接受订单最先,经设计放置、设计、制造直到产物出厂及售后服务等的全历程。 在当前全球经济环境下,CIMS被赋予了新的寄义,即现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System)。将信息手艺、现代治理手艺和制造手艺相结合,应用于企业经营的各个阶段,通过信息集成、历程优化及资源优化,提高企业的市场应变能力和竞争力。 凭据工厂治理、生产历程及功效要求,CIMS体系结构可分为5层,即工厂级、车间级、单元级、事情站级和现场级。简化的CIMS则分为3层,即工厂级、车间级和现场级。在一个现代化工厂环境中,在大规模的工业生产历程控制中,工业数据结构同样分为这三个条理,与简化的网络条理相对应。 现场级与车间级自动化监控及信息集成系统主要完成底层装备单机控制、连机控制、通讯连网、在线装备状态监测及现场装备运行、生产数据的采集、存储、统计等功效,保证现场装备完成生产任务,并将现场装备生产及运行数据信息传送到工厂治理层,向工厂级MIS系统数据库提供数据。同时也可接受工厂治理层下达的生产治理及调剂下令并执行之。因此,现场级与车间级监控及信息集成系统是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统的主要特点是,现场层装备与控制器之间的毗邻是一对一(一个I/O点对装备的一个测控点),即所谓I/O接线方式,信号通报4-20mA(传送模拟量信息)或24VDC(传送开关量信息)信号。这种传统的毗邻方式存在信息量、开放性、可靠性、可维护性等方面还存在不足之处。 随着大规模集成电路的生长,许多传感器、、驱动装置等现场智能装备的功效迅速提升,内置处置芯片,能够完成诸如数模转换、自诊断、量程转换、回路调治等功效。对于这些智能现场装备,可以利便的增添一个串行数据接口,这样,上位控制器就可以按其划定的通讯协议,通过串行通讯方式实现对现场装备的监控。若是设想所有或大部分现场装备都具有串行通讯接口并具有统一的通讯协议,控制器只需一根通讯就可将涣散的现场装备毗邻,完成对所有现场装备的监控,这就是现场总线手艺的初始想法。基于以上初始想法,使用一根通讯电缆,将所有具有统一的通讯协议通讯接口的现场装备毗邻,这样,在装备层通报的不再是I/O(4-20mA/24VDC)信号,而是基于现场总线的数字化通讯,由数字化通讯网络组成现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。 现场总线手艺的构想始于20世纪70年代,随着CIMS观点的提出,人们迫切希望能够泛起一种能够用于工业环境,可靠性高、实时性强、实现起来价格便宜的通讯系统,来构建工厂的底层网络,完成现场装备之间的数字化通讯,并能够于外界实现信息交流。现场总线就是在这种需求靠山之下泛起的产物。北美和欧洲的自动化产物厂商和相关的国际尺度化组织都着手现场总线相关尺度的制订,由于行业和区域的差异,以及各个利益集团为了维护自己的经济利益互不妥协,原本应该统一的现场总线尺度迟迟难以统一。 公认的现场总线手艺观点形貌如下:现场总线是安装在生产历程区域的现场装备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通讯的数据总线。或者,现场总线是以单个涣散的、数字化、智能化的丈量和控制装备作为网络节点,用总线相毗邻,实现相互交流信息,共同完成自动控制功效的网络系统与控制系统。 现在,国际上对照被认可的现场总线主要有2类,即国际电工组织的用于工业控制系统的IEC61158尺度、用于现场装备同选的IEC62026尺度,另有国际尺度化组织的ISO11898:1993。IEC61158是国际电工委员会丈量和控制的数字数据分会和美国仪表学会团结制订的,最早从1984年起草,经由16年的起劲协调商量,到2000年才投票通过,然则没有实现唯一的统一尺度,IEC61158包罗10类尺度: ü FF-H1 ü ControlNet ü PROFIBUS ü P-Net ü FF-HSE ü SwiftNet ü WorldFIP ü InterBus ü EtherNet/IP ü PROFINET 上面的FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET是尺度。以太网很早就已经用于工业控制系统的信息层,这些运用信息量大,对实时性的要求相对较低。相比现场总线,更高的通讯速率和更好的兼容性是工业以太网的主要优点。工业以太网与通俗的以太网相比,需要解决可靠性、抗干扰性、实时性、本质平安等方面的问题。随着网络手艺的生长,上述问题正在迅速得到解决。通讯速率的大幅度提高和接纳适当的网络拓扑结构极大的改善了以太网的实时性,而接纳更高品质的质料和选择合适的通讯介质,接纳加倍可靠的毗邻方式大大提高了以太网的可靠性。 由于以太网有“一网到底”的美誉,即它可以一直延伸到企业现场装备控制层,以是被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案,工业以太网已成为现场总线中的主流手艺。 现在市场上的工业以太网尺度异常多,除开上面提到的3种尺度之外,世界各国及各大自动化公司提出的工业以太网尺度多达十多种,我国以浙江中控为首的组织也提出了EPA尺度,而且已经成为IEC的准备尺度。

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