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工廠里車間的面貌日新月異。在過去，我們面對的是起重機和電動車輛。現在，我們和網絡技術打交道。從電流環到RS-485，從Modbus到Devicet和PROCFInet,到處充斥著協議、技術和標準。 二十年前，分立制造系統尤如自動化的島嶼。可編程控制器技術處于支配地位。五年后，串行通信風靡一時。條形碼讀出器、定標器和操作者接口設備拓展了自動化島嶼的邊界。 十年前爆發傳感器總線大戰。在隨后的十年中，Interbus、SDS、DeviceNet、Profibus,以及其它各種總線此起彼伏，為其效率、數據包速率、確定性和成本爭論不休。在這些日子里，控制工程師要竭盡全力解決各種問題，讓網絡系統正常地運轉起來。 過去的五年相對地平靜和繁榮。傳感器大戰已經結束；自動化島嶼已明顯地擴張。上百種傳感器網絡已精簡為幾種標準總線。網絡技術標準和依從性測試已趕上供應商競相增加網絡設備的速度。培訓計劃和成熟的經驗使自動化島嶼之間的互連成為可能，這僅僅在幾年前還是無法想象的。 目前，對PLC控制的生產車間，以太網已實用化，局域網的戰斗日益白熱化。以太網是比傳感器總線更優越？它在那類應用中？到目前為止還沒有統一意見，就象有關傳感器總線一樣，有種種不同的觀點。在展望未來之前，先讓我們考察一下目前的狀況。 ASiBus ASi是西門子公司推出的、PTO(Profibus貿易組織)支持的一種硬件替代總線。它具有主—從結構，從設備最多可達62個。它在單根電纜內整合了數據和電源，速度極快，對31個從設備而言，周期時間僅為5ms。ASi結構簡單，較典型的通信網絡中心支持更多的拓撲，包括星形、線型、分技術和樹形結構。雖然它現在能夠支持某些模擬數據，但仍不易支持串行設備，諸如條形碼讀出器、定標器、儀表和操作接口。ASi增長十分快速。它日益廣泛地使用在多種行業，尤其是食品加工、制瓶和制藥行業，因為這些行業，不需要Profibus和DeviceNet的附加功能。 Modbus Modbus是本文提及的所有網絡通信標準中最早的一種。由于其歷史悠久、普及率高、安裝節點數多，它也是本文所講的唯一串行通信標準。其協議簡單、明了；每個設備表示為寄存器(16位無符號整數)和位的集合。一組帶有精確消息幀的極簡單命令集，使該協議成為串行設備的30年優勝者。由于它的設備表示方法簡單、消息幀簡明，容易實現Modbus。當然，寄存器和位還不具備恰當地表示較復雜設備(如質量流量控制器、運動控制器、以及驅動系統)的能力。 DeviceNet DeviceNet是一個應用層協議，它使用最初由德國bosch公司研發的控制區域網(CAN)技術。CAN可支持單一拓撲，帶節點的總線。盡管CAN能支持幾千個節點且數據速率高達1MB，但DeviceNet僅限64個節點和125、250以及500KB速率工作的網絡。它是一種主—從連接基網絡；主設備由一個從設備請求連接，然后兩個設備進行非控制和I/O數據連接的協商。一旦建立I/O連接，主設備使用查詢、循環狀態改變的通信方式與從設備通信。最近還增加了TimeSynchronization(CIPsync)和DeviceNetSafetyNetwork(CIPsafety)協議。 DeviceNet不具備對等通信能力。多數設備只支持傳統的查詢通信方式，而不支持吞吐率較高的循環或狀態改變的工作方式。分段存儲協議要求發送8字節以上的消息，過于復雜且需要大量的計算資源。 它支持的設備類型十分廣泛，包括光眼、驅動器和質量流量設備，符合標準且大批量供貨降低激烈的價格競爭，尤其對I/O設備。 ProfibusDP ProfibusDP是一種工作于12MB的RS—485基I/O網絡。Profibus是在設備上增加ASIC用硬件實現的。這是一種主—從網絡結構，最多有126個節點和244字節消息，PTO是促進和維護該標準的供應商組織。 ProfibusDP的工作速率較任何CAN網絡(DeviceNet，CANopen等)快得多，后者最高只有1MB。它擁有大量供應商和現成的的產品；然而由于它要求專用硬件ASIC，在批量低時實施成本稍高。有Siemens的積極支持以及Siemens的可編程控制器內置的連接，ProfibusDP在歐洲市場占有絕對的優勢。 ControlNet ControlNet是DeviceNet和EtherNet/IP的先驅者，最初是作為Allen-BardleyDataHighway替代品研發的。它填補了高確定性和重復性網絡的空白。它使用與DeviceNet或EtherNet/IP相同的控制與信息協議(CIP)應用層，讓用戶按專用的控制I/O或消息數據來配置每個消息。由于ControlNet要求專用的電纜，且與以太網相比速度不盡人意，因而其市場接納率較低。 EtherNet/IP EtherNet/IP是用于CotrolNet和DeviceNet的CIP技術的改進版。與這兩種協議一樣，EtherNet/IP是對象基的。網絡中每個設備表示為一系列具有屬性和值的對象。它采用傳送控制協議(TCP)來傳送消息數據；用連接設備協議(UDP)來傳送I/O數據，由于EhterNet/IP上I/O數據是按UDP傳送的，因此設備無法檢測到沖突或未送達I/O消息。對象基設備表示法為EtherNet/IP網絡上設備提供了一種功能強、完善而又容易實現的表示方法。同一對象的表示法對EtherNet/IP、ControlNet、以及DeviceNet都是一致的。任何熟悉后二種網絡的人員，只要稍加培訓和實踐，就能安裝和使用EtherNet/IP網絡。但另一方面，EtherNet/IP是復雜的，規格仍在分類之中。安裝與研發也是比較復雜的。任何有一定能力的編程人員可以從事DevceNet工作，但若不想投入大量時間精力，最好不要貿然地涉足EtherNet/IP。 Modbus/TCP Modbus/TCP是真正通過EthernetTCP/IP途徑的Modbus。它使用與Modbus同樣的寄存器和位表示法，它還使用為Moubus定義的同樣函數。所有Modbus消息和Modbus/TCP消息是一致的，只是后者未包括循環冗余碼校驗(CRC)字段。 任何有能力研發Modbus/TCP網絡設備人員也能研發Modbus/TCP。協議的實施極其快速，非常適合專用診斷和配置應用。Modbus的簡明性既是它的最大優點，也是它的最大缺點。雖然容易明了和快速實施，Modubus/TCP缺少標準化。一個供應商的Modubus/TCP產品和另一個供應商的產品截然不同。用戶可從因特網上下載免費的Modubus/TCP依從性測試程序。 PROFInet PROFInet是基于Microsoft提供的DCOM和RPC技術的以太網應用層協議。PROFInet網絡上設備被表示為對象。用戶可通過訪問每個PROFInet設備的默認對象來審視任何該網絡設備，并了解它的性能，該協議與本文上述任何其它協議不同，它是免費的，可從PTO獲得。NetSilicon提供MicrosoftWindows、VxWorks、以及Net—OS用的各種版本。由于Windows已內置了基礎技術，從Windows訪問一個PROFInet設備是相對簡單的；當然實現PROFInet需要大量的資源。免費代碼極其龐大，需要大量的OS資源，這里要特別指出，雖然PROFInet是PTO支持的，但它與Profibus毫無共同之處。 CANopen CANopen是一種CAN應用層協議。DeviceNet更多地是面向連接的，而CANopen是面向對象的。它支持兩種基本消息：服務數據消息和過程數據消息。前者用于大批量，低優先級消息；后者則用于高優先級，少批量消息。與DeviceNet一樣，CANopen具有CAN的優點和局限性；而與DeviceNet不同，CANopen不是連接基，且支持對等消息。在產生方式，一個CANopen設備只是產生數據而不顧及誰來接收。CANopen中設備表示比DeviceNet設備更簡單。CANopen不需要很多開銷且具有極其簡明的狀態機器。請注意這樣一個事實，在美國只有少數可編程控制器供應商支持CANopen通信，另一方面，雖然CANopen是一個歐洲標準，它正在迅速打入美國，特別是在網絡化OEM機器市場。 以太網在冉冉升起 在所有這些網絡中，以太網協議獲得最大的成功，這有三個重要因素在起作用。 對以太網有極大興趣：Modbus/TCP在吸引很多供應商，盡管PROFInet深受Siemens客戶群的歡迎，而DeviceNet、ControlNet以及EtherNet/IP間的公用CIP層卻深深吸引著其它客戶。今年，所有這些技術會隨著ODVA和PTO供應商向市場投放新產品而急劇增長。 當前，嵌入了EhterNet媒體訪問控制器(MAC)32位ARM控制器的價格已接近標準8位控制器的價格，供應商正竭盡全力創建帶片上閃存、RAM和CAN控制器的ARM控制器，今年，有可能花少量資金用帶片上局域網的嵌入式40MHz、32位處理器來替代8位、20MHzCAN控制器。若能成功，Web服務器結構就能使用以太網，然后無額外開銷地向用戶提供通信功能。 DeviceNet和Profibus是現場總線大戰的產物，每一種技術的背后都有“巨人”做靠山，特別是Alley-Bardley對DeviceNet和Siemens對PROFInet的支持，現在巨人們又要為統一的全球以太網標準一爭高低。在某些應用領域(如遠程傳送)，DeviceNet中繼/分接技術優于以太網星形技術，但對于那些勢均力敵的競爭，以太網通常要略勝一籌。 不管是對是錯，用戶就是喜歡以太網，在他們的眼中，有時可能不正確，它價廉物美，他們了解它，能駕馭它，在長期工作中已具備了實現它的專業知識。因此，無論DeviceNet和Profibus在目前如何流行，以太網最終將取得勝利，并支配整個工業自動化領域。無論如何，對工業網絡來說，今年將是鼓舞和期盼的一年。 |
