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陽憲惠,徐用懋,魏慶福

互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)代社會(huì)的信息高速通道，把大量局域網(wǎng)連接成廣域網(wǎng)，對(duì)社會(huì)發(fā)展和人類生活產(chǎn)生了重要影響。在該項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展與不斷成熟的同時(shí)，也深刻影響著相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。現(xiàn)場總線是這一近年來倍受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的自控新技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)自控設(shè)備間數(shù)字通信與控制網(wǎng)絡(luò)互連的過程中，其技術(shù)發(fā)展趨勢明顯受到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)甚至成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)。
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通常是WWW中網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字通信技術(shù)的俗稱。按ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的分層結(jié)構(gòu)，它包括有通信模型中物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)規(guī)范；網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)際互連協(xié)議IP；傳輸層的傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議UDP；會(huì)話層至應(yīng)用層的簡單郵件傳送協(xié)議SMTP、域名服務(wù)DNS、文件傳輸協(xié)議FTP、虛擬終端TELNET等，即把以太網(wǎng)和TCP/IP緊密地捆綁在一起，再加上超文本鏈接HTTP、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布等。
現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生于80年代。當(dāng)初人們?cè)陂_發(fā)這一自控設(shè)備間數(shù)據(jù)通信技術(shù)時(shí)，把主要注意力集中在滿足控制的實(shí)時(shí)性要求，工業(yè)環(huán)境下的抗干擾，總線供電等控制網(wǎng)絡(luò)特定條件下的需要。由于傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，那時(shí)開發(fā)的現(xiàn)場總線的傳輸速率大都較低。那時(shí)人們還沒有意識(shí)到自控設(shè)備會(huì)有向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布網(wǎng)頁信息的需要與可能，加上以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽多路訪問的媒體訪問控制方式，其通信的非確定性使人們一直認(rèn)為它不適于在控制網(wǎng)絡(luò)中使用。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，也由于現(xiàn)場總線技術(shù)本身所蘊(yùn)涵的經(jīng)濟(jì)潛力，出現(xiàn)了近年來的現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)之熱。據(jù)說已出現(xiàn)各式各樣的現(xiàn)場總線一百多種，其中宣稱為開放型總線的就有40多種，并出現(xiàn)了各式各樣的地區(qū)與國家標(biāo)準(zhǔn)，由此引發(fā)了現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)。
IEC/TC65負(fù)責(zé)測量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的SC65C/WG6于1984年就開始著手標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于推出于世界上單一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。自1993年通過了IEC現(xiàn)場總線物理層標(biāo)準(zhǔn)IEC61158-2之后，由于種種經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與技術(shù)原因，使現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定一直處于混亂狀態(tài)。IEC在歷經(jīng)多年?duì)幎放c調(diào)解的努力之后，于2000年初宣布有IEC 61158、ControlNet、Profibus、P-Net、Foundation Fieldbus、Newcomer SwiftNet、WorldFIP、Interbus-S八種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)成為IEC現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)子集。這一結(jié)果確實(shí)令人失望，也違背了制定世界上單一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的初衷。至今，除了少數(shù)組織還希望將其總線擠入IEC標(biāo)準(zhǔn)正不懈努力外，許多人對(duì)制定國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)已失去信心與興趣，致使2000年之后的標(biāo)準(zhǔn)混戰(zhàn)明顯降溫。IEC現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)制定的結(jié)局也向世人表明，在相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)多種現(xiàn)場總線并存，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成與信息集成會(huì)面臨困難的復(fù)雜局面。無論是最終用戶還是制造商，普遍都在關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向，都在尋求高性能低成本的解決方案。
正是在現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)爭論處于不可開交之際，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)悄然進(jìn)軍現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。這一方面是因?yàn)樗夹g(shù)成熟、易于得到，性能價(jià)格比高，另一方面是因?yàn)殡S著技術(shù)發(fā)展現(xiàn)場設(shè)備對(duì)通信性能的要求提高，原有的現(xiàn)場總線技術(shù)難以滿足應(yīng)用需求，因而轉(zhuǎn)向青睞互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
1  與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要
現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)位于企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，其根本任務(wù)是要完成生產(chǎn)現(xiàn)場的測量控制任務(wù)，提供生產(chǎn)過程與設(shè)備的各種信息。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與企業(yè)信息集成的應(yīng)用需求來看，企業(yè)要把管理、決策、市場信息和生產(chǎn)控制信息結(jié)合起來，把各種應(yīng)用協(xié)調(diào)為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)加工、原料供應(yīng)與產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)、市場信息、企業(yè)管理、決策等過程的一體化解決方案，就需要把現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet、互聯(lián)網(wǎng)Internet連接成為一個(gè)整體。

圖1  企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖

圖1為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。一般可按功能把它劃分為三層：底層為完成生產(chǎn)現(xiàn)場測量控制功能的過程控制層PCS（Process Control System）；最上層為企業(yè)資源規(guī)劃層ERP（Enterprise Resource Planning）；而傳統(tǒng)概念上的監(jiān)控、管理、調(diào)度等多項(xiàng)控制管理功能交錯(cuò)的部分都被包羅在中間的制造執(zhí)行層MES（Manufacturing Execution System）。圖中ERP與MES層大多采用以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多為各種計(jì)算機(jī)及其外設(shè)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在ERP與MES層的網(wǎng)絡(luò)集成與信息交互得到了較好解決。它們與外界互聯(lián)網(wǎng)之間的信息交互也相對(duì)比較容易。
由于生產(chǎn)現(xiàn)場自控設(shè)備的種類繁多，測控設(shè)備間通信技術(shù)發(fā)展的相對(duì)滯后與不成熟，使得在現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)所處的過程控制層內(nèi)部實(shí)現(xiàn)信息交換的難度較大。該層一般包含有現(xiàn)場總線設(shè)備、DCS、PLC、SCADA等。僅就現(xiàn)場總線系統(tǒng)而言，由于各種總線采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和介質(zhì)各不相同，不同標(biāo)準(zhǔn)的總線設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)互連和互操作存在較多障礙。該層信息內(nèi)容主要為生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測量值、控制量、開關(guān)閥門的工作位置、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)校信息等。在一體化解決方案中，需要調(diào)用、設(shè)置這些參數(shù)值，需要解決該層內(nèi)部、該層與上層及其與外部網(wǎng)絡(luò)在信息集成中存在的困難。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，無疑有助于實(shí)現(xiàn)層內(nèi)與層間的信息集成。
控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合拓寬了測量控制系統(tǒng)的范圍與視野，為實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程故障診斷創(chuàng)造了條件。人們可以在千里之外查詢生產(chǎn)現(xiàn)場的運(yùn)行狀態(tài)；方便地實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)生產(chǎn)設(shè)備的無人值守；遠(yuǎn)程診斷生產(chǎn)過程或設(shè)備的故障；在辦公室查看并操作家中的各類電器等。正是控制網(wǎng)絡(luò)與互連網(wǎng)的結(jié)合使實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用成為可能。
2  互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)
隨著現(xiàn)場設(shè)備功能逐漸增強(qiáng)，現(xiàn)場設(shè)備之間、以及現(xiàn)場設(shè)備與MES層、ERP層之間需要進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)量成倍增加。加之現(xiàn)在有了現(xiàn)場設(shè)備要內(nèi)置Web Server、以網(wǎng)頁形式與外界溝通信息的需求，而現(xiàn)場總線網(wǎng)段的通信速率一般都比較低，典型的如FF H1的通信速率為31.25kbps，一個(gè)以31.25kbps為傳輸速率的現(xiàn)場設(shè)備是無法支持上述功能的。
盡管有些總線可以得到更高的通信速度，如ControlNet的傳輸速率為5Mbps，PROFIBUS-DP的傳輸速率可以高達(dá)12Mbps，但是它們需要特定通信芯片的支持，這些通信芯片的使用數(shù)量和價(jià)格都無法與以太網(wǎng)的相應(yīng)部分相抗衡。市場需要技術(shù)成熟、魯棒性好、成本低的通信技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠滿足這些要求，便于以較低的費(fèi)用獲得高性能、低成本的控制網(wǎng)絡(luò)。
在現(xiàn)場總線領(lǐng)域采用快速以太網(wǎng)技術(shù)，以物美價(jià)廉的以太網(wǎng)設(shè)備替代控制網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)昂貴的專用總線設(shè)備是趨勢之一。以太網(wǎng)是IEEE802.3所支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，最早由Xerox開發(fā)，后經(jīng)數(shù)字儀器公司、Intel公司和Xerox聯(lián)合擴(kuò)展，成為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。目前不僅在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，而且在各個(gè)企業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò)都得到廣泛應(yīng)用。由于它技術(shù)成熟，連接電纜和接口設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低，帶寬在迅速增長，出現(xiàn)了千兆、萬兆以太網(wǎng)。采用快速以太網(wǎng)設(shè)備滿足現(xiàn)場設(shè)備對(duì)通信速度增加的要求，的確是物美價(jià)廉的方便之舉。
在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中采用全雙工交換式以太網(wǎng)交換機(jī)，以改善網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性，是互連網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)場總線領(lǐng)域滲透的又一實(shí)例。以太網(wǎng)交換機(jī)以星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立帶寬，使連接在同一個(gè)交換機(jī)上面的不同設(shè)備不存在資源爭奪，相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段，使不同設(shè)備之間產(chǎn)生沖突的可能性大大降低，加上采用五類線將接收、發(fā)送信號(hào)分開，使全雙工交換式以太網(wǎng)有條件成為確定性網(wǎng)絡(luò)。
在現(xiàn)場設(shè)備中內(nèi)置WEB服務(wù)器，使現(xiàn)場設(shè)備具備網(wǎng)頁發(fā)布功能，通過網(wǎng)頁與外界交換信息，應(yīng)該說這是將互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功能與技術(shù)直接引入到現(xiàn)場總線設(shè)備的結(jié)果。
當(dāng)前許多現(xiàn)場總線組織都在積極致力于開發(fā)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的現(xiàn)場總線產(chǎn)品。與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展中的新亮點(diǎn)。
3  對(duì)通信非確定性的解決方案
通信非確定性是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入控制領(lǐng)域的最大障礙。現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于它必須滿足控制作用對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。實(shí)時(shí)控制往往要求對(duì)某些變量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定時(shí)刷新。由于以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問的媒體訪問控制方式，一條總線上掛接的多個(gè)節(jié)點(diǎn)采用平等競爭的方式爭用總線。節(jié)點(diǎn)要求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先監(jiān)聽總線是否空閑，如果空閑就發(fā)送數(shù)據(jù)，如果總線忙就只能以某種方式繼續(xù)監(jiān)聽，等總線空閑后再發(fā)送數(shù)據(jù)。即便如此也還會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送而發(fā)生沖突的可能性，因而傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準(zhǔn)確定時(shí)通信的實(shí)時(shí)性要求，一直被稱之為非確定性（nondeterministic）網(wǎng)絡(luò)。
正是快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)通信的非確定性帶來了希望，使這一應(yīng)用成為可能。首先以太網(wǎng)的通信速率一再提高，從十兆到百兆，目前千兆以太網(wǎng)已在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)中普遍應(yīng)用，萬兆以太網(wǎng)也正加緊研制。相同通信量的條件下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕，而減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷則意味著提高網(wǎng)絡(luò)通信的確定性。
在全雙工交換式以太網(wǎng)上，交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)切分為多個(gè)網(wǎng)段，交換機(jī)之間通過主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。在網(wǎng)段分配合理的情況下，由于網(wǎng)段上多數(shù)的數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過主干網(wǎng)傳輸，因此交換機(jī)能夠過濾掉這些數(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)只在本地網(wǎng)絡(luò)傳輸。這種方法使本地的數(shù)據(jù)傳輸不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。
在1個(gè)用5類雙絞線來連接的全雙工交換式以太網(wǎng)中，若一對(duì)線用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另外一對(duì)線用來接收數(shù)據(jù)，因此1個(gè)100M的網(wǎng)絡(luò)提供給每個(gè)設(shè)備的帶寬有200M，這樣交換式全雙工以太網(wǎng)消除了沖突的可能，有條件達(dá)到確定性網(wǎng)絡(luò)的要求。
隨著技術(shù)的發(fā)展，各現(xiàn)場總線相繼推出了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新一代現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品，有的已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用和推廣階段。雖然各家對(duì)新系統(tǒng)的命名各不相同，但是在具體實(shí)施上卻有如下相似之處：
物理介質(zhì)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連線。
使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接設(shè)備（如交換機(jī)等）。
采用IEEE 802.3 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)、TCP/IP協(xié)議組。
兼容上一代現(xiàn)場總線系統(tǒng)甚至DCS系統(tǒng)。
將傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)模型簡化為二層甚至一層。
下面將以FF、PROFIBUS、Controlnet和LonWorks為例，簡要介紹幾種現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)結(jié)合的解決方案。
4  FF與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的HSE（高速以太網(wǎng)）

圖2  HSE通信系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖

HSE（High Speed Ethernet）是FF在屏棄了原有高速總線H2之后的新作。圖2表示了HSE通信系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)。從圖中可以明顯看到，它正是以太網(wǎng)協(xié)議802.3、TCP/IP協(xié)議組與FF H1的結(jié)合體。FF現(xiàn)場總線基金會(huì)明確將HSE定位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的集成。由HSE鏈接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以太網(wǎng)的主干上。這些信息可以通過互聯(lián)網(wǎng)Internet送到主控制室，并進(jìn)一步送到企業(yè)的ERP和管理系統(tǒng)。操作員在主控室可以直接使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看現(xiàn)場運(yùn)行情況。現(xiàn)場設(shè)備同樣也可以從網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。

 
圖3  HSE系統(tǒng)的設(shè)備類型與連接示意圖

圖3表示了HSE通信系統(tǒng)的設(shè)備類型與連接關(guān)系。可以看到，HSE技術(shù)的一個(gè)核心部分就是鏈接設(shè)備（Linking Device）。它是HSE體系結(jié)構(gòu)中將H1（31.25kbps）設(shè)備連接到100Mbps的HSE主干網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。位于以太網(wǎng)的主機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)︽溄釉O(shè)備上掛接的子系統(tǒng)和基于HSE的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)和監(jiān)視。 HSE鏈接設(shè)備同時(shí)也具有網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)的功能。它的網(wǎng)橋功能能夠用來連接多個(gè)H1總線網(wǎng)段，使不同H1網(wǎng)段上面的H1設(shè)備之間能夠進(jìn)行對(duì)等通信而無需主機(jī)系統(tǒng)的干預(yù)。HSE主機(jī)可以與所有的鏈接設(shè)備和鏈接設(shè)備上掛接的設(shè)備進(jìn)行通信，使操作數(shù)據(jù)能傳送到遠(yuǎn)程的現(xiàn)場設(shè)備，并接收來自現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和報(bào)表功能。監(jiān)視和控制參數(shù)可直接映射到標(biāo)準(zhǔn)功能塊中。
鏈接設(shè)備的網(wǎng)關(guān)功能允許將HSE網(wǎng)絡(luò)連接到其他的工廠控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)。HSE鏈接設(shè)備不需要為H1子系統(tǒng)做報(bào)文解釋，而是將來自H1總線網(wǎng)段的報(bào)文數(shù)據(jù)集合起來并且將H1地址轉(zhuǎn)化成為IP地址。
5  PROFInet
針對(duì)工業(yè)應(yīng)用需求，將原有PROFIBUS與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，形成了名為PROFInet的網(wǎng)絡(luò)方案。圖4表示了它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
PROFInet主要包含三方面的技術(shù)：一是基于通用對(duì)象模型（COM）的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)；二是規(guī)定了PROFIBUS和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間的開放、透明通信；三是提供了一個(gè)獨(dú)立于制造商、包括設(shè)備層和和系統(tǒng)層的系統(tǒng)模型。

 
圖4  PROFInet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

PROFInet的基礎(chǔ)是組件技術(shù)（component technology）。在PROFInet中，每個(gè)設(shè)備都被看作一個(gè)具有COM（component object module，組件對(duì)象模型）接口的自動(dòng)化設(shè)備，同類設(shè)備都具有同樣的COM接口。在系統(tǒng)中通過調(diào)用COM接口來調(diào)用設(shè)備功能。組件模型使不同制造商遵循同一原則創(chuàng)建的組件之間能夠混合應(yīng)用，簡化了通信編程。每一個(gè)智能設(shè)備中都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件，智能設(shè)備的功能則通過對(duì)組件進(jìn)行特定的編程來完成。同類設(shè)備具有相同的內(nèi)置組件，對(duì)外提供相同的COM接口，為不同廠家的設(shè)備之間提供了良好的互換性和互操作性。COM對(duì)象之間還可通過DCOM連接協(xié)議進(jìn)行互連和通信。
PROFInet采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/UDP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC/DCOM來完成節(jié)點(diǎn)之間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)PROFIBUS系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)有的PROFIBUS網(wǎng)段可以通過一個(gè)代理設(shè)備（proxy）連接到PROFInet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，使整套PROFIBUS設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)的在PROFInet中使用。傳統(tǒng)的PROFIBUS設(shè)備可通過代理proxy與PROFInet上面的COM對(duì)象進(jìn)行通信。并通過OLE自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn)COM對(duì)象之間的調(diào)用。
6  Ethernet/IP
EtherNet/IP（以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議）是主推Controlnet現(xiàn)場總線的Rockwell公司對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域做出的積極響應(yīng)。Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)采用商業(yè)以太網(wǎng)通信芯片和物理介質(zhì)，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。能同時(shí)支持10M和100M 以太網(wǎng)的商業(yè)產(chǎn)品。它的一個(gè)數(shù)據(jù)包最多可達(dá)1500個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10/100Mbps，因而采用EtherNet/IP便于實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高速傳輸。

 
圖5  EtherNet/IP與OSI模型比較圖

圖5表示了EtherNet/IP與OSI模型的參照比較。它由IEEE 802.3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)、以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議組和控制與信息協(xié)議（Control Information Protocol，CIP）3個(gè)部分組成。前面兩部分為標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其特色部分就是被稱作控制和信息協(xié)議的CIP部分。它是在1999年發(fā)布的，其開發(fā)目的是為了提高設(shè)備間的互操作性。它與在ControlNet和DeviceNet控制網(wǎng)絡(luò)中使用的CIP相同。在ControlLogix，PLC-5和SLC家族的所有EtherNet/IP產(chǎn)品都使用CIP通信。CIP一方面提供實(shí)時(shí)I/O通信，一方面實(shí)現(xiàn)信息的對(duì)等傳輸。其控制部分用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O通信，信息部分則用來實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)的信息交換。

圖6  LONWORKS/Ethernet網(wǎng)絡(luò)示意圖

EtherNet/IP的許多模塊有內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，能支持HTTP功能。模塊、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息可以通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器獲得。現(xiàn)有的EtherNet/IP產(chǎn)品能夠通過HTTP提供以下功能：讀/寫數(shù)據(jù)、讀診斷、發(fā)送電子郵件和編輯組態(tài)數(shù)據(jù)。
7  LONWORKS/Ethernet
圖6為LONWORKS/Ethernet網(wǎng)絡(luò)示意圖。該系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是i.LON 1000。i.LON 1000取代了傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備而成為連接LONWORKS和以太網(wǎng)的橋梁。它將LONWORKS的報(bào)文打包，封裝在TCP/IP數(shù)據(jù)包中，然后在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送。當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)包通過以太網(wǎng)傳送到遠(yuǎn)程的LONWORKS網(wǎng)段時(shí)，TCP/IP封裝被拋棄，LONWORKS數(shù)據(jù)包被重新放置在網(wǎng)絡(luò)上。這樣一個(gè)集成網(wǎng)絡(luò)使得系統(tǒng)的安裝、監(jiān)視、故障診斷和維護(hù)會(huì)更加容易，使各節(jié)點(diǎn)之間有完全的連通性。在任何地方聯(lián)入系統(tǒng)便可與網(wǎng)段上的任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。
iLON 1000象其它普通以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)那樣具有自己的IP地址，其一端掛接在以太網(wǎng)上，另一端掛接在LONWORKS控制網(wǎng)段上。它還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向Internet發(fā)布設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都可以通過IP對(duì)其進(jìn)行訪問。
LONWORKS系統(tǒng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序可以根據(jù)它從其他設(shè)備中獲得的有關(guān)系統(tǒng)信息做出自己的控制決策，以構(gòu)成基于信息的控制系統(tǒng)。
8  結(jié)語
總之，許多有影響的現(xiàn)場總線都在致力于發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，如WorldFIP提出的FIPWEB Internet方案，在不影響實(shí)時(shí)通信的情況下將WorldFIP網(wǎng)段“透明”連接到Internet，并專門為此開發(fā)了IP包軟件與嵌入式HTTP服務(wù)器等。各種現(xiàn)場總線都在保護(hù)已有技術(shù)和投資的條件下拓寬自己的生存空間。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已深深影響了控制網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，我國在開發(fā)自己的現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品時(shí)應(yīng)充分注意到這一技術(shù)發(fā)展趨勢。但人們也應(yīng)該清醒地看到，控制網(wǎng)絡(luò)通信有其本身的特點(diǎn)，并非是照搬互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以完全替代的，需要發(fā)展適合自控應(yīng)用需求的工業(yè)數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。