1現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使其都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)某些檢測(cè)、控制和通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)普通雙絞線(xiàn)把多個(gè)測(cè)量控制儀表、計(jì)算機(jī)等作為節(jié)點(diǎn)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；使用公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)控設(shè)備之間、以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與用作監(jiān)控、管理的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)【1】。 按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)FF的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。他是用于制造自動(dòng)化或過(guò)程自動(dòng)化中的，實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（智能變送器、執(zhí)行器、控制器等）與高層設(shè)備（主機(jī)、網(wǎng)關(guān)、人機(jī)接口設(shè)備等）之間互聯(lián)的，全數(shù)字、串行、雙向的通信系統(tǒng)【2】。由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到了全世界的普遍關(guān)注【3】。 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有3種數(shù)據(jù)操作模式：（1）對(duì)等（ peer to peer ） ； （ 2）主從（client/server，簡(jiǎn)稱(chēng)C/S ） ； （ 3）網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu)（network computing architecture，簡(jiǎn)稱(chēng)NCA）。20世紀(jì)80年代C/S方式是其主要發(fā)展階段，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了NCA方式。 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有4種：環(huán)型、總線(xiàn)型、樹(shù)型、混合型。 2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在技術(shù)上主要具有以下特點(diǎn)： （1） 系統(tǒng)開(kāi)放性好 用戶(hù)可按照自己的需要和考慮，把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。 （2） 具有互可操作性與互用性 互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家性能類(lèi)似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。 （3） 使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有智能化與功能自治性 所謂智能化與功能自治性就是將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠監(jiān)控設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 （4） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，這從根本上改變廠現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 （5） 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性 作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，是專(zhuān)門(mén)為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。能采用兩線(xiàn)制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆要求等。 （6） 系統(tǒng)成本低、性能高 采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)后，由于現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備的智能化以及改變了過(guò)去點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，使自動(dòng)化系統(tǒng)的性能價(jià)格比大幅度提高。這不僅使系統(tǒng)的硬件、軟件成本和輔助成本大大降低，也使得系統(tǒng)的性能得到很大提高。 3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現(xiàn)狀 在20世紀(jì)80年代中期，德國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家的一些大公司相繼推出自己的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，同時(shí)也制定了自己相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自20世紀(jì)90年代以后，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)迅猛發(fā)展，全世界發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已達(dá)數(shù)十種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）歷時(shí)12年，于2000年1月才正式公布了IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)全部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由于是妥協(xié)于各方面的既有利益，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的初衷。在此標(biāo)準(zhǔn)中容納了8種互不兼容的通信協(xié)議，它們是： Type1：FFH1（Foundation，USA）； Type2：ControlNet（Rockwell，USA）； Type3：Profibus（Siemens，DE）； Type4：P2Net（ProcessData，DM）； Type5：FFHSE（Foundation，USA）； Type6：SwiftNet（Boeing，USA）； Type7：WorldFIP（Alsthom，F(xiàn)R）； Type8：Interbus（Phoenix，DE）； 以上現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議各有千秋，但都面臨兼容性問(wèn)題，任一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)都不易于互聯(lián)和互換。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)大多具有各自的形成背景，使得在某些現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下需要使用不同類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，多類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的使用又讓整個(gè)控制系統(tǒng)顯得相當(dāng)混亂，而且現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型的選擇本身也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。 在傳輸速率方面，總線(xiàn)的傳輸速率也不盡人意。有些低速總線(xiàn)的傳輸速率為9600bps，H1的傳輸速率為31.25kbps，高速總線(xiàn)H2的傳輸速率也只有1Mbps或者2.5Mbps，如果要做到“管理控制一體化”，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，將無(wú)法滿(mǎn)足特殊情況的實(shí)時(shí)性要求。 4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新進(jìn)展 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休，使得FCS系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)緩慢。隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)以其成熟的技術(shù)、開(kāi)放和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、廣泛的應(yīng)用和高傳輸速率等優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的某些缺陷。近年來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向在IT領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)作為一種新興、統(tǒng)一、快速發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)放性、互聯(lián)性、帶寬方面提出的高要求，因此，從信息集成的角度出發(fā)，要達(dá)到“管控一體化”的最佳狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與以太網(wǎng)相結(jié)合將會(huì)是最佳的方案，也是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)未來(lái)發(fā)展的方向。 與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)漫長(zhǎng)的12年制定過(guò)程形成極大反差的是， 工業(yè)以太網(wǎng)在3年之內(nèi)就在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域真正確立下來(lái)。 實(shí)際上，各種工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議基本上無(wú)異于目前在信息和管理領(lǐng)域大量使用的常規(guī)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)擺脫了主從式或令牌總線(xiàn)式的傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信模式，采用端到端的高速數(shù)據(jù)交換，統(tǒng)一解決了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的縱向分層和橫向遠(yuǎn)程的系統(tǒng)問(wèn)題，使信息可以從設(shè)備傳感器到管理層辦公桌面完全集成【4】。由于以太網(wǎng)技術(shù)成熟、性能優(yōu)越、成本低廉，所以受到用戶(hù)廣泛的歡迎，從而能夠在自動(dòng)控制領(lǐng)域異軍突起。 目前，Profibus、DeviceNet、ControlNet和LonWorks等都打算使用 Ethernet。這些公司都在研究通過(guò)一種稱(chēng)作管道（Tunnel）的簡(jiǎn)單傳遞機(jī)構(gòu)，使用Ethernet網(wǎng)絡(luò)傳送它們的報(bào) 文。這種方法簡(jiǎn)單可行，現(xiàn)場(chǎng)裝置保持不變，僅需要一個(gè)專(zhuān)用的Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口就可完成與以太網(wǎng)的連接。與此同時(shí)，美國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）正著手制定現(xiàn)場(chǎng)裝置與 Ethernet通信的新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)能夠使網(wǎng)絡(luò)直接“看到”對(duì)象（Object）。這些工作均為Ethernet進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)打下了基礎(chǔ)。 現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有大量的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品，包括：連接板卡、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程IPO、軟PLC、通信軟件和驅(qū)動(dòng)軟件等。 從20世紀(jì)90年代的中后期開(kāi)始各種基于Ethernet的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)也相繼發(fā)布，但它們主要應(yīng)用于控制系統(tǒng)的中上層設(shè)備間的通信，底層設(shè)備間仍由相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接。這些技術(shù)均利用了經(jīng)濟(jì)的Ethernet芯片、支持電路、集線(xiàn)器、中繼器、交換機(jī)和電纜。 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布的主要工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有： [B]（1） HSE（Foundation，2000）[/ ] 根據(jù)近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展形勢(shì)，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) （FF）及時(shí)終止了H2的標(biāo)準(zhǔn)制訂，轉(zhuǎn)而引入開(kāi)放的100Mbps高速以太網(wǎng)HSE作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，列入了IEEE61158的開(kāi)放協(xié)議。由于FF在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方面的主流地位，HSE自提出以來(lái)就一直倍受關(guān)注。HSE具有以下技術(shù)特點(diǎn)： HSE在物理層和數(shù)據(jù)鏈路采用符合IEEE802的100Mbps高速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這是已經(jīng)商品化和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)成網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)，有價(jià)格低廉的網(wǎng)絡(luò)芯片和大量的市場(chǎng)化網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品可供選擇，無(wú)須專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)； 在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信協(xié)議，有成熟的軟件開(kāi)發(fā)工具可供使用，使通信軟件開(kāi)發(fā)和節(jié)點(diǎn)部署的成本大大降低； HSE在應(yīng)用層具有FF特別的應(yīng)用協(xié)議，包括數(shù)據(jù)鏈接、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)代理、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、冗余管理和系統(tǒng)診斷等； HSE在用戶(hù)層具有FF新增加的柔性功能模塊，包括多變量輸入輸出、協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、順序控制、先進(jìn)控制等。 但是，HSE目前還只是應(yīng)用在H1網(wǎng)絡(luò)的上層（將FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接入管理網(wǎng)）。將HSE嵌入FF儀表設(shè)備是其發(fā)展的方向。 （2） Profinet （Profibus，2001） Profibus組織為了應(yīng)對(duì)FF HSE引發(fā)的高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，及時(shí)推出了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方案：Profinet。Profinet同樣是基于高速以太網(wǎng)技術(shù)，提供Profibus代理耦合器Proxy，建立從Profibus到Ethernet的連接。Profinet不僅有硬件，還包括組態(tài)、配置和通信軟件在內(nèi)的一休化解決方案。 Profinet可將Profibus DP與Profibus PA的信息送上Ethernet。Profinet采用TCP/IP和COM/DCOM的第三方控制軟件，預(yù)示著Profibus FMS可能會(huì)逐漸淡化。 （3） EtherNet/IP （ODVA，1999） EtherNet/IP由ODVA組織發(fā)布（IP是指工業(yè)協(xié)議）。它是唯一受到CI， IEA， ODVA同時(shí)支持的協(xié)議。它與Device Net使用相同的開(kāi)放的應(yīng)用層協(xié)議CIP，二者可以共享設(shè)備界面和對(duì)象庫(kù)。 該協(xié)議是基于以太網(wǎng)的CIP （ Control and Information Protocol），是專(zhuān)為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的基于對(duì)象的一種方法，包括體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、服務(wù)等。它是獨(dú)立于特定網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議，提供了訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)和控制設(shè)備操作的服務(wù)集。它為以太網(wǎng)用戶(hù)提供了一個(gè)健壯、不斷增加的廠商共通性和對(duì)象庫(kù)，對(duì)象和設(shè)備描述實(shí)現(xiàn)了不同廠商混雜設(shè)備件的即插即用。對(duì)象的定義是嚴(yán)格的，它支持同一網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)I/0通信、組態(tài)和診斷。用戶(hù)不需要專(zhuān)用軟件就可以連接復(fù)雜的設(shè)備，例如變頻器、機(jī)器人控制、條形碼閱讀器和磅稱(chēng)等，使網(wǎng)絡(luò)直接看到對(duì)象，為以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)打下了基礎(chǔ)。 采用UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）/IP（網(wǎng)際協(xié)議）和TCP（傳輸控制協(xié)議）/1P（網(wǎng)際協(xié)議）作為以太網(wǎng)的控制和信息協(xié)議，允許發(fā)送顯式信息和隱式控制報(bào)文。隱式報(bào)文是對(duì)時(shí)間有苛刻要求的I/O信息，通過(guò)UDP/IP來(lái)完成隱式報(bào)文中包含實(shí)時(shí)I/0數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)傳送（CIP控制部分）。由于連接建立時(shí)，數(shù)據(jù)位的意義已經(jīng)預(yù)先定義，故運(yùn)行時(shí)節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間可以大大縮短。這樣報(bào)文短，占用資源少，可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制。應(yīng)用層使用CIP后，為面向制造自動(dòng)化領(lǐng)域提供了以太網(wǎng)解決方案，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)上的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和控制設(shè)備的互操作性和互換性。 （4） ModbusTCP/IP （Schneider，1998） Modicon可編程控制器可以相互通信，且在許多網(wǎng)絡(luò)上與其他設(shè)備通信。被支持的網(wǎng)絡(luò)包括Modicon的Modbus（標(biāo)記為MB），Modbus Plus（MB+）工業(yè)以太網(wǎng)如MAP和Ethernet?？刂破髦械膬?nèi)嵌端口和Modicon公司銷(xiāo)售的網(wǎng)絡(luò)適配器，選模塊和網(wǎng)關(guān)可從網(wǎng)絡(luò)存取數(shù)據(jù)。旱期的設(shè)備制造商Modicon ModConnect公司的相關(guān)程序可用來(lái)將MB+這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)緊密集成在專(zhuān)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。Modicon控制器使用的公共語(yǔ)言是Modbus協(xié)議。這個(gè)協(xié)議定義了控制器能識(shí)別和使用的報(bào)文結(jié)構(gòu)，而不管在其上通信的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型。它定義了控制器如何要存取數(shù)據(jù)到另一個(gè)設(shè)備而使用的進(jìn)程，控制器如何響應(yīng)其他設(shè)備的需求，以及錯(cuò)誤如何檢測(cè)和發(fā)布。 在其他網(wǎng)絡(luò)中，含有MB協(xié)議的報(bào)文被內(nèi)嵌到用于網(wǎng)絡(luò)的幀結(jié)構(gòu)或包結(jié)構(gòu)之中。例如，用于MB+或MAP網(wǎng)絡(luò)的Modicon網(wǎng)絡(luò)控制器，和相關(guān)的應(yīng)用軟件庫(kù)及驅(qū)動(dòng)程序一起，提供了在內(nèi)嵌MB報(bào)文協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備通信所使用的具體組幀協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換也傾向于解決節(jié)點(diǎn)地址，路由選擇和專(zhuān)用于每種網(wǎng)絡(luò)的檢錯(cuò)方法。例如，Modbus協(xié)議中的Modbus設(shè)備地址在報(bào)文傳輸之前，會(huì)轉(zhuǎn)變成節(jié)點(diǎn)地址。檢錯(cuò)字節(jié)也將應(yīng)用到信息包，以便與每一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相一致。然而，傳輸終端用Modbus協(xié)議所寫(xiě)的內(nèi)嵌報(bào)文規(guī)定了執(zhí)行的動(dòng)作。 當(dāng)然，為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的Ethernet，過(guò)去在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用，其關(guān)鍵原因在于： （1） Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測(cè)方式，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重（大約40％）時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的確定性（determinism）不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求； （2） Ethernet所用的接插件（connector）、集線(xiàn)器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，不符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求； （3） 在工廠環(huán)境中，Ethernet抗干擾性能較差； （4） Ethernet網(wǎng)還不具備通過(guò)信號(hào)線(xiàn)向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電的性能。 （5） 由于Ethernet收發(fā)器本身功耗較大，對(duì)辦公環(huán)境很安全，但對(duì)一些化工危險(xiǎn)場(chǎng)合容易引起火花產(chǎn)生爆炸。 （6） 互操作性問(wèn)題。嚴(yán)格意義上講，Ethernet并非一個(gè)完整的協(xié)議。這種不開(kāi)放性造成不同廠家Ethernet設(shè)備之間不能相互操作，而且即使是同一廠家開(kāi)發(fā)的不同Ethernet設(shè)備之間也有可能不能透明訪(fǎng)問(wèn)。 同時(shí)，由于工業(yè)Ethernet已經(jīng)把傳統(tǒng)的3層網(wǎng)絡(luò)體系合為一體，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，也存在網(wǎng)絡(luò)安全性，網(wǎng)絡(luò)生存性及傳輸速度的問(wèn)題等。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在迅速得到解決。以太網(wǎng)被人們普遍認(rèn)為是未來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案。 以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化管理層和車(chē)間監(jiān)控層已得到廣泛應(yīng)用和用戶(hù)認(rèn)可，特別是采用TCP/IP協(xié)議可與互聯(lián)網(wǎng)Internet連接，是未來(lái)eManufatory的技術(shù)基礎(chǔ)。在設(shè)備層對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴(yán)格要求場(chǎng)合，以太網(wǎng)也有許多應(yīng)用。如果以太網(wǎng)希望走得更遠(yuǎn)，能夠全面進(jìn)入工廠底層成為設(shè)備連接的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，那么，以太網(wǎng)必須作出技術(shù)改進(jìn)。從硬件和軟件上，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有以下一些改進(jìn)： （1） 改進(jìn)物理層 傳輸介質(zhì)應(yīng)能提供多種工業(yè)級(jí)護(hù)套和鎧裝電纜、光纖等；各種防護(hù)等級(jí)工業(yè)級(jí)的接插件；應(yīng)該具有總線(xiàn)供電及本質(zhì)安全的解決方案，用于流程控制及要求防爆功能的場(chǎng)合。 （2） 采用交換設(shè)備 采用交換設(shè)備，使有實(shí)時(shí)要求的站點(diǎn)的通信通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)透明的轉(zhuǎn)發(fā)，避免信道共享引起的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，可以方便地實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)機(jī)制，使緊急信息的傳送達(dá)到最快。 （3） 采用高速背板交換或微處理器交換 采用高速背板交換，響應(yīng)時(shí)間是確定的。根據(jù)ARC公司分析，126個(gè)節(jié)點(diǎn)的100M交換式以太網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間為2-3ms，足以滿(mǎn)足大部分控制系統(tǒng)的要求[8]。 （4） 在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能 現(xiàn)在，一些FCS生產(chǎn)商（Profibus、Modbus等）開(kāi)發(fā)自己的工業(yè)以太網(wǎng)FCS時(shí)，在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能技術(shù)，它其實(shí)是在設(shè)備中加入特殊的協(xié)議芯片。有一種完全基于軟件的協(xié)議RETHER（Real-Time Ethernet），可以在不改變以太網(wǎng)現(xiàn)有硬件的情況下確保實(shí)時(shí)性，它采用一種混合操作模式，能減少網(wǎng)絡(luò)中非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸性能的影響；非競(jìng)爭(zhēng)容許控制機(jī)制和有效的令牌傳遞方案能有效防止由于節(jié)點(diǎn)故障而引起的令牌丟失。此方法主要著眼于在以太網(wǎng)中提供帶寬保證。因?yàn)楸M管以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)范中有優(yōu)先權(quán)訪(fǎng)問(wèn)仲裁，但這種機(jī)制本身不能為一對(duì)被仲裁的節(jié)點(diǎn)提供帶寬保證。 遵守RETHER協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)以?xún)煞N模式運(yùn)行，即CSMA 模式和RETHER模式。在實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)期間，網(wǎng)絡(luò)將透明的轉(zhuǎn)換到RETHER模式，在實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)結(jié)束后又重新回到CSMA模式。 5 結(jié)束語(yǔ) 總體說(shuō)來(lái)，各現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)向著統(tǒng)一的新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)發(fā)，自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備也將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。將以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相結(jié)合是未來(lái)控制技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。隨著技術(shù)的改進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)的建立和對(duì)信息集成要求的不斷提高，以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)將越來(lái)越明顯。 參考文獻(xiàn) 1. 凌志浩、吳勤勤 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現(xiàn)狀與展望（一） 電氣時(shí)代 2004年第7期 2. 劉橋、蔣梁中、謝存禧、國(guó)蓉 集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng) 現(xiàn)代電子技術(shù) 2003年第13期 3. 彭道剛、楊平、楊艷華 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現(xiàn)狀與展望 機(jī)電一體化 2004年第2期 4. 冷杉 ISA2001的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 自動(dòng)化儀表 2002年5月第5期 5. 夏繼強(qiáng)、邢春香、耿春明、滿(mǎn)慶豐 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新進(jìn)展 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2004年4月第4期 6. 高天云 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀 中國(guó)儀器儀表 2003年4月 7. 劉曙光 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)展與展望 自動(dòng)化與儀表 2000年第3期 8. 陸明浩 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展趨向——工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用 智能建筑與城市信息　2004年第10期 9. 蔡青、許晨光、應(yīng)啟戛 從現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)到Ethernet的跨越 儀表技術(shù) 2004年第6期 10. 蘇紹興、王瑞陽(yáng) 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及展望 溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2003年12月第4期 11. 于忠斌、丁恩杰 工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù) 智能建筑與城市信息 2004年第6期