现场总线技术的发展与工业以太网综述一（有人顶的我继续贴） [复制链接]

广州白云国际机场助航灯光监控系统对调光器的控制与监视功能采用LonWorks总线来实现。

白云机场助航灯光监控系统使用的LonWorks总线的现场总线控制设备是美国ECHELON公司的型号为PCLTA-20的局域网卡。该局域网卡通过双绞线将现场设备通过四根线（两对双绞线）实现网络连接（网络通讯速率为1.25Mbps,最大传输距离130米,支持最多64个网络节点）。每个现场设备均能够通过任一网络进行通讯。任一通讯网络出现故障将不会影响系统的运行。当出现故障时,现场设备自动将通讯从原运行端口切换至备用端口,而不影响系统的运行。

白云机场助航灯光监控系统使用的LonWorks总线的智能现场设备为美国Comtech公司（该公司也是整个助航灯光监控系统的制造商）生产的智能接口单元DIU（Digitrac Interface Unit）。

智能接口设计用于控制和监视一台调光器或一个开/关对象。智能接口安装于调光器附近或调光器内部。每个智能接口均通过两个LonWorks总线网络通道进行通讯。除LonWorks总线网络连接外,智能接口与灯光站计算机之间不需要任何其他电缆连接。

智能接口具备如下功能:

⑴开/关控制 （包括调光器的光级设定——下图step1－step5分别代表1－5级光和其他控制对象）；

⑵采集调光器状态数据（电压Voltage Meas.、电流Current Meas.、伏安下降、数字数据等）；

⑶计算和处理所有的数据,例如光级、伏安值VA、烧坏灯数回路绝缘电阻——Earth Insolation Value等（通过采集到的回路电流、电压、回路泄漏电流、功率因数等数据进行分析、计算）；

⑷故障保险功能（在智能接口LonWorks总线双通道均失去通讯或灯光站计算机与上位机失去通讯的情况下,智能接口会发出指令,将调光器CCR开到预设光级）；

⑸与灯光站冗余LonWorks总线局域网通讯（ECH1、ECH2两条相对独立的通讯通道）；

⑹检查智能接口故障的自检功能；

⑺调光器故障、状态（本地/遥控——LOCAL/REMOTE、得电/失电——Loss of Input Power IND.、开路——Open Circuit AL、过电流Over Current AL）检测

 

我发了LONWOKS在白云机场的应用,你继续贴吧！

4． Ethernet与网络安全问题
  
  　　 在工厂运用互联网技术并不意味着工厂网络一定要连接到互联网。采用网络的工厂,连入互联网均使用TCP/IP。这样就面临互联网类似的安全问题。
  　　 安全隐患：病毒、工业间谍、黑客、软件BUG、恐怖主义。
  　　 黑客的动机：金钱、信息、恐怖主义、破坏、政治等,工业现场相对较少吸引力。同时,黑客行为是高技术的,有费时费力费钱的代价。
  　　 物理连接管理提高安全性：PLC操作系统是专有的,不易受到黑客、病毒的侵略。
  　　 RAS、VPN提供远程访问：硬件身份识别。
  　　 可提供多种安全机制：用户密码、数据加密、防火墙等。
  　　随着生物信息技术的发展,指纹、声音等生物信息将提高网络的安全性。
  
  　　基于TCP/IP的Ethernet在工业自动化中的应用
  
  　　Ethernet仅仅只有物理层和链路层规范,它通常与TCP/IP等平台无关的协议结合应用。我们所指的Ethernet实际上是指基于TCP/IP协议的Ethernet,即Ethernet/IP。过去,以生产PLC为主的公司都使用Ethernet完成信息级通信,其中,西门了公司的SIMATICNET将Ethernet应用到车间级,并有向下层通信的趋势。随着FF HSE的开发成功,Ethernet将广泛应用于工业控制系统的监控网络。特别令人感兴趣的是,国际上有些公司已推出了完全以工业Ethernet为基础的控制系统,其工厂级、监控级和现场级均采用基于TCP/P通信协议的工业Ethernet,配备Wed server功能,而且这种趋势愈来愈明显。人们预测,像当年工业PC进入工业自动化领域一样,Ethernet/IP将会十分迅速地进入工业控制的各级网络。
  　　基于TCP/IP的Ethernet构成的工厂网络的最大优点是将工厂的商务网、车间的制造网络和现场级的仪表、设备网络构成了畅通的透明网络,并与WEB功能相结合,与工厂的电子商务、物资供应链和ERP等形成整体,这就是施奈德的透明工厂概念。
  所谓透明工厂,即基于开放的Internet和Ethernet,实现：
  　　 开放的商业化技术的应用OPC servers,Ethernet,Internet,IEC1131;
  　　 基于IT/Internet技术的产品开发 嵌入式网页服务器和浏览器提供对PLC数据的访问时间和可视化；
  　　 采用开放的网络策略 TCP/IP,物理层Ethernet；
  　　 创建现有的PLC作为“内容提供商”嵌入式服务器插件和OPC server。
  
  　　Ethernet及其应用层协议――Ethernet/IP
  
  　　按照互联网参考的7层协议,Ethernet只提供了物理层和链路层协议,且通常与TCP/IP等协议结合应用。由于应用层协议不同,因此难以保证其互操作性。
  　　传输控制协议/网际协议（TCP/IP）是Internet的网络层和传输层协议。在商业领域,它的互操作性由Internet的应用层的文件传输（FTP）、终端访真（Telnet）、电子邮件（SMTP）和他公共协议保证；在自动化领域,尚无标准的应用层,各自动化厂商都有自己的应用层,如Mod bus Ethernet TCP/IP就是一种应用层协议。
  　　为了在不同的网络设备中实现互操作,公共应用层是。当前,多个组织正在为工业自动领域的TCP/IP定义公共应用层协议。特别是将Ethernet用于现场设备级,是当前的热点课题。例如,面向制造自动化的Ethernet,产生了一种基于控制和信息的协议（CIP）的新型Ethernet――工业实时Ethernet。这是为传输控制协议/用户数据协议/协议（TCP/UDP/IP）定义的、基于主机/客户机的控制和信息协议。Ethernet的CIP称为Ethernet/IP。
  　　CIP是专为工业控制设计的应用层协议,提供了访问数据和控制设备操作的服务集。它采用用户数据协议/网际协议（UDP/IP）和传输控制协议/网际协议（TCP/IP）作为Ethernet网上的控制和信息协议,允许发送显式（信息）和隐式（控制）报文。其中,隐式报文是对时间有苛刻要求的I/O信息（事件触发、控制器互锁等）,通过UDP/IP完成的隐式报文中数据区包含实时I/O数据（CIP的控制部分）；显式报文是无时间苛刻要求的点对点信息,可由TCP/IP完成（CIP的信息部分）。CIP向终端用户提供了自动化系统必不可少的控制、组态、数据采集服务功能。为面向自动化领域提供了Ethernet网上的工业自动化设备的互操作性和可换性。
  　　最近,著名的工业通信技术国际组织――ODVA和PI在美国德州休斯敦新闻发布会上发表公开信,声称他们迄今为止相互竞争的现场总线――以太网解决议案要在OPC建议的DX协议下彼此协调以推进标准化工作。特别是就定义工业以太网的功能和互操作性达成共识,并将以下方面作为工作重点：IP地址即插即用互操作的通用策略、装置描述和恢复机制；网络诊断议案；指导使用WEB技术；一致性测试需求；产生一种应用接口,以消除协议间的差异。
  　　OPC DX是一个开放的解决议案,允许当今市场上存在的标准：FF的HSE/H1、ODVA的CIP及PI的PROFINET相互并存。OPC DX标准提供了可互操作的数据交换和在以太网上报务器对服务器的通信。它是已存在的OPC数据访问规范的扩充,它还扩充了运行时间内的数据共享交换及实时协议应用的独立性。利用扩充的OPC接口,可以协调和互联不同现场总线组织的不同协议。OPC DX规范和源码在2001年12月份公布,来自多个生产厂商的原型在2002年4月出现。
  
  　　Ethernet作为为总线的前景、困难以及对策
  
  　　1． Ethernet作为现场总线的前景
  
  　　自动化系统和管理管理的进一步融合,WEB技术和无线等应用促使自动网络采用通用的Ethernet。
  　　主流自动化厂商对Ethernet工业应用的积极态度将起到强大的推动作用,同时也缓解总线之争的负作用。
  　　Ethernet本身的迅速发展,在性能人价格上还有很大的改善空间。
  　　Ethernet,TCP/IP本身未解决互操作性问题,但为之铺平了道路。
  　　在单元和模板以上,Ethernet已具有优势。在传感器级别,性价比还不具竞争力,有大小用之嫌。
  在仪表等领域,Ethernet要满足本安型应用有一定难度,也很难满足对仪表供电等要求。市场集中度进一步提高,Ethernet有显著增长。主要厂商目前的动态表明,对Ethernet的预期仍然保守。
  
  　　2． 促进工业Ethernet应用对中国产业界的影响及建议
  
  　　由于国对总线之争未付出大的代价,同时也没有一种总线在中国占压倒性优势,跟踪并采用国际光先进和技术可以发挥后发优势,迅速缩短与发达国家的差距。
  　　采用开放、免费并且知识产权限制的技术Ethernet和TCP/IP,可以节约资金,减少技术的领带性,并有得自主知识产权技术的开发。
  　　减少专有网络的影响,有利于形成公平的市场竞争环境有利于中国与国际接轨,降低项目投资费用。采用Ethernet和TCP/IP等开放的技术,可以促进WEB自动化等更先进技术的和模式在中国的应用有得制造业中间件软件市场的形成,为中国参与下一波国际技术竞争创造良好的条件。

现场总线与DCS的网络集成

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摘　要：
　　新的基于现场总线技术的控制策略和网络结构将对现有的仪表及控制系统产生革命性的影响。从现场总线技术的本质特征上分析了其对传统分散控制系统DCS的冲击,并结合DCS的网络结构特点,给出了现场总线集成于DCS的3种实现方法。


　　工业控制从早期的就地控制、集中控制,已经发展到现在的集散控制(DCS),在过去的20年中,过程工业对DCS系统及相关的仪表装置进行了大量的投入,DCS系统的应用结果得到了用户的肯定。4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质特点,这是控制系统和仪表装置发展的一大进步。
然而现在,数字化和网络化成为当今控制网络发展的主要方向。人们意识到传统的模拟信号只能提供原始的测量和控制信息,而智能变送器在4-20mA信号之上附加信息的能力又受其低通信速率的制约,所以对整个过程控制系统的机制进行数字化和网络化,应是其发展的必然趋势。

　　现场总线在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。现场总线的出现促进了现场设备的数字化和网络化,并且使现场控制的功能更加强大。这一改进带来了过程控制系统的开放性,使系统成为具有测量、控制、执行和—过程诊断的综合能力的控制网络。

　　1 现场总线对传统DCS的冲击

　　现场总线对传统DCS的冲击来源于其本质上优越于DCS系统的技术特征。根据国际电工委员会IEC和现场总线基金会FF的定义,现场总线技术具有以下5个主要特点：
　　　　　　
　　①数字信号完全取代4-20mA模拟信号；
　　②使基本过程控制、报警和计算功能等完全分布在现场完成；
　　③使设备增加非控制信息,如自诊断信息、组态信息以及补偿信息等；
　　④实现现场管理和控制的统一；
　　⑤真正实现系统开放性、互操作性。
　　现场总线技术不仅是一种通信技术,它实际上融人了智能化仪表、计算机网络和开放系统互连(OSI)等技术的精粹。所有这些特点使得以现场总线技术为基础的现场总线控制系统(FCS)相对于传统DCS系统具有巨大的优越性：
　　　　　　　　　　　　　
　　①系统结构大大简化,成本显著降低；
　　②现场设备自治性加强,系统性能全面提高；
　　③提高了信号传输的可靠性和精度；
　　④真正实现全分散、全数字化的控制网络；
　　⑤用户始终拥有系统集成权。
　　这些优越性可从DCS和现场总线系统的网络结构比较后得到验证。

　　2 现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势

　　尽管用户对控制系统的结构改进表示欢迎,但他们并不希望对他们现有的仪表系统做大的改动。目前在现场总线的发展初期,大多数用户更倾向于对他们现有的仪表系统进行逐步的增添和替换；另一方面,DCS系统及其仪表的消失或完全被取代,对于费用或人力而言也都是不合理的。现阶段最可行的方案是考虑如何使现场总线与传统的DCS系统尽可能地协同工作,这种集成方案能够得到灵活的系统组态,以适用于更广泛的、富于实用价值的应用。

3 现场总线于DCS系统I/0总线上的集成

　　在DCS的结构体系中,自上而下大体可分为3层：管理层,监控操作层和I/O测控层。在I/O测控层的I/O总线上,挂有DCS控制器和各种I/O卡件,I/O卡件用于连接现场4-20mA设备、离散量或PIC等现场信号,DCS控制器负责现场控制。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　在DCS系统的I/O总线上集成现场总线的关键是通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上,实现现场总线系统中的数据信息映射成原有DCS的I/O总线上相对应的数据信息,如基本测量值、报警值或工艺设定值等,使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。
　　这种方案主要可用于DCS系统已经安装并稳定运行,而现场总线首次引入系统的、规模较小的应用场合；此方案也可应用于PLC系统。
　　这种方案的优点是结构比较简单,缺点是集成规模受到现场总线接口卡的限制。
　　　　　　　　　　　　
　　Fisher-Rosemount公司推出的DCS系统DeltaV采用的就是此种集成方案。DeltaV系统在它的I/O卡件中专门开发设计了此种功能的接口卡——现场总线H1通信模块(31．25kbit／s),成功地将现场总线技术集成在DeltaV系统中,可实现与现场总线仪表相连,极大地节省了安装、操作以及维护费用,同样的控制器可兼容H1与传统的I/O模块,有利于从传统的控制模．式向现场总线控制模式的过渡和转变。

　　在DeltaV系统的现场总线H1通信模块中具有特定的Driver,用以实现现场总线系统数据信息与I/O总线上对应信息的映射。

　　4现场总线于DCS系统网络层的集成

　　除了在I/O总线上的集成方案,还可以在更高一层——DCS网络层上集成现场总线系统。在这种方案中,现场总线接口卡不是挂在DCS的I/O总线上,而是在DCS的上层LAN上。
　　在这种方案中,现场总线控制执行信息、测量以及现场仪表的控制功能均可在DCS操作站进行浏览并修改。它的优点是原来必须由 DCS主计算机完成的一些控制和计算功能,现在可下放到现场仪表实现,并且可以在DCS操作员界面上得到相关的参数或数据信息；它的另一个优点是不需要对DCS控制站进行改动,对原有系统影响较小。
　　　　　　　　　　　
　　这种集成方案在工程实际中也有应用。如Smar公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能。

　　5 现场总线通过网关与DCS系统并行集成
　　
　　若在一个工厂中并行运行着DCS系统和现场总线系统,则还可以通过一个网关来网接两者,安装网关以完成DCS系统与现场总线高速网络之间的信息传递。在这一结构中,DCS系统的信息能够在新的操作员界面上得到并显示。通过使用抛网桥可以安装大量的H1低速总线。现场总线接口单元可提供控制协调、报警管理和短时趋势收集等功能。
　　现场总线与DCS的并行集成,完成整个工厂的控制系统和信息系统的集成统一,并可以通过Web服务器实现Infranet与Inernet的互连。这种方案的优点是丰富了网络的信息内容,便于发挥数据信息和控制信息的综合优势；另外,在这种集成方案中,现场总线系统与通过网关而集成在一起的DCS系统是相互独立的。

　　6 结论

　　综上所述,我们相信现场总线系统将广泛地应用到过程工业控制中,通过对过程控制系统进行一些必要的修改,将现场总线技术引入到DCS中,将会给用户带来大量的收益；另一方面,即使大多数的连续控制环路将由现场总线系统来完成,DCS系统仍将在许多诸如实时要求较高的控制场合扮演重要的角色。现阶段现场总线与DCS系统的共存将使用户拥有更多的选择,以实现更合理的控制系统。

顶,我荡下来看看,写的都是书本上的,有没有具体一点的 技术资料交流交流！！！

顶~~

我说的现场总线的应用就是具体的啊

我觉得此帖值得大家再学习