1 自动化技术发展的新需求
传统的控制系统主要有四层结构 :第一层是 I/ O层(传感器和执行器),完成物理量的测量和控制命令的执行;第二层是控制器层,完成信息的集中处理;第三层是人机接口层;第四层是企业信息系统层。除在第三层、第四层之间采用以太网外 ,其他都是专用网络 ,控制设备及软件也是专用的 ,开放程度不够 ,给系统维护及升级带来不便。随着现代生产的规模的扩大和复杂,要求对企业的各种信息(如生产过程信息、销售信息、财务信息以及重点设备实时监控信息)及时全面的了解,这就要求把过程控制网络、实时操作网络和工厂信息网络融为一体,构成统一的网络平台。另一方面,希望控制系统采用开放性、标准化、流行的硬件/操作系统/网络技术,尽可能利用广泛使用的各种计算机技术,有效地减少对专用产品的依赖,减少备品备件数量,降低运行和维护成本。因此, “开放系统”、“现场总线”成为在现代测控领域频繁出现的两个词。
2 FCS现场总线控制系统发展状况
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历史的经验告诉我们,一个新的标准/产品仅仅技术上先进是不够的,MAP协议就是一个很好的例子。70年代,美国GM(General Motor)提出了MAP(Manufacturing Automation Protocol)的架构,符合OSI之ISO标准,涵盖了通信协议所有7个层次(7 Layers of Communication Protocol)。从技术观点,MAP可说是面面俱到无懈可击,全球学界、工业界无不如火如荼投入研发,然而也正因为在实际开发中,复杂度高,成本居高不下,至今一直无法被市场所接受。因此,现场总线设备只能作为传统DCS系统的有益补充,期待其在短期内取代DCS系统是不现实的。
3 以太网技术的迅猛发展
70年代出现的以太网主要应用于办公自动化(OA)领域CONTROL ENGINEERING China版权所有,从实时控制要求控制工程网版权所有,以太网有许多缺点,其中最重要的便是以太网采用CSMA/CD协议是一种非确定性(Non-Determinism)通讯方式,亦即是大家一起争抢总线控制权发送信息的方式无法保证一串重要信息,在一定的时间内能送达到指定的设备。但由于其技术完全公开,很快地被大家所接受,通过不断改进、提升,市场占有率越来越大,而成本就越来越低CONTROL ENGINEERING China版权所有,进而变成主流。即使IBM力推Token Ring架构也已难挡此潮流。Ethernet 也从OA领域逐渐扩展至FA领域。现在所有国际自动化厂商的控制器皆提供Ethernet TCP/IP接口,美国最大的测控仪器厂商National Instrument(NI)和OPTO22,最近也推出了Ethernet I/O产品。国际半导体协会SEMI所订定半导体设备标准通讯协议SECS (SEMI Equipment Communication