發布日期：2022-07-14 點擊率：27
由于新標準和新軟件的出現，各種自動化網絡正前所未有地緊密聯系在一起。這種聯系帶來了我們看得到的改進：實施速度的加快、成本的節省，以及更多……
Keith Jones不是那種會拿著錘子去擰螺絲釘的人，他懂得在工作中如何使用正確的方法。作為自控系統集成商Prism Systems有限公司（位于阿拉巴馬州）的總裁，Jones認為在對自動控制系統中一些特殊部分配置合適的網絡時，不應一味追求像Profibus或者ControlNet這樣大帶寬高容量的網絡，而可以選擇像AS-i這樣相對比較簡單的底層網絡。
“你可以從這些較大容量的網絡得到更大帶寬，”Jones說，“有時你確實需要這樣大的帶寬，但是有時采用一些簡單低端的網絡會更有效。因而大多數情況下我們最終會采用多種網絡并存方式。”
可是，他也指出，總是會存在一個主干網，它將其他網絡綁定在一起。因此，它必須通過一種安全可靠的方式來處理不同種類網絡在廠內廠外之間的通訊。這需要各網絡標準化組織與自動化設備供應商共同努力來實現這樣的結果：網絡配置安裝速度大大的加快了，大量的資金被節省下來，而同時網絡容量也與日俱增。
標準化組織響應
不足為奇的是，多種網絡標準的倡導者都認為他們自己的網絡標準是最適合作為主干網的。Profibus Trade Organization（PTO）的副主席Carl Henning指出，Profinet通過軟件代理服務器可以將不同種類網絡和設備集成在一起。這些代理服務器也可以看作翻譯器，通過它可使工程應用中的不同品牌的硬件設備在網絡中被看作同一類設備，這樣每個終端設備都知道它的通訊伙伴和相互關系以及要交互的信息。
“你可能真的不用去理會是什么牌子的控制器、哪種現場總線、下一級系統由什么組成，因為，通過代理處理以后對你來講一切都是透明的。站在一個使用者的角度上來看，這是一件多么美妙的事情啊！”Henning說道。
設備制造商制造并維護這些代理設備，并通過XML設備描述語言來定義輸入、輸出以及其他需要的信息。通過實驗室的驗證，PTO保證每一個代理設備都是符合標準的。因此，現場設備可以看作是一些通過連線直接聯系在一起的部件。Henning說：“由于大大降低了勞動集約型的工程設計的工作量，自動控制項目可以大大降低成本。”
Foundation Fieldbus（FF）技術開發部主管David Glanzer指出，FF總線技術處理各種網絡的能力是不容忽視的。它在以太網上的通訊，是通過智能交換機來保證信息傳送到它們要去的目標地址，而不是采用對整個網絡以廣播的方式來完成。控制層的通訊體系架構是建立在通訊速率為 H1網段，和通訊速率為100Mbit/s的HSE（高速以太網）網段上的。通訊的管理采用OPC（OLE for Process Control）方式，并通過各自服務器來完成相互之間的對話。
“不同設備和網絡的集成，是通過在H1和HSE協議中都定義了的特殊的柔性功能模塊來完成的。通過柔性功能模塊可將外部設備節點映射成H1和HSE網段上的設備。Glanzer指出，這個概念正在延伸，“我們努力形成一個應用軟件的通用接口。”他說道。
ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）的執行主席Katherine Voss提到了一個獨立媒介平臺，通用工業協議（CIP，Common Industrial Protocol）。她說，通過這個平臺，可以將模型對象從較低的網絡層獨立出來，這樣通用工業協議就能實現對以太網和其他網絡間互聯互通，并提供了安全保證，運動控制，以及其他應用。她解釋說，ODVA正與其它對通用工業協議感興趣的合作伙伴共同推廣該協議，相信使用者將會從中獲益匪淺。
“通用工業協議允許用戶的公司跨越多種網絡集成I/O控制、設備配置、和數據采集等多項工作。”Voss說道。
OPC Foundation的主席Thomas Burke先生指出，推動各網絡標準的協作和互用性一直是他們的目標。OPC參與了有關電子設備描述語言（EDDL）標準的推廣工作，利用EDDL技術我們能讓最終用戶對設備生產商所生產的超過1500萬種設備和儀表進行診斷、配置，并從中獲取實時的資產管理信息。OPC還積極推動和協助開發OPC統一體系架構（OPC-UA）標準。
OPC-UA標準的提出，為OPC服務器與物理設備間信息發布和數據通訊提供了標準化的無縫連接。各設備供應商應當在各自的設備中支持這種標準。這樣，通過OPC-UA就將能夠方便的尋找和瀏覽相關設備中復雜的信息了。通訊數據的交換將在這些設備和上層的應用軟件間進行。
Burke指出，用戶不可能愿意花時間編寫代碼來實現這些信息的交換的。“互用性關鍵在于協議的透明度，最終用戶從不同供應商購買產品，他們希望這些不同廠家的產品間的信息交換不需要進行任何軟件編程就能夠完成。”他說道。
各有千秋
至于設備供應商，他們以各種各樣的方式來滿足網絡集成的需要。Honeywell公司的Experion系列控制和IO產品的銷售經理Tim Sweet先生非常推崇這種做法。“這些網絡中的每一個網絡都是通過一些參數來實現優化的，而這些參數是相對獨立且互斥的。”他說道。
例如Profibus，他認為Profibus是一種高傳輸速率、具有簡單清晰的數據結構的總線，與此相反，FF（Foundation Fieldbus）卻是一種具有復雜的數據和控制結構、低數據傳輸率的總線，但Sweet認為它們各有側重點并不是件壞事，他更希望看到的是不同的網絡有各自獨樹一幟的特點，而不是那種單一的包羅萬象但毫無特點的網絡。
圖: 雖然多種網絡協議并存的情況還會繼續在工程應用中遇到，但我們可以經常發現，利用目前已有的工具可以輕易地配置具有3-4 層結構的工業控制網絡模型。
像Honeywell公司這種為各種各樣的網絡提供主控系統的設備供應商，它將面臨兩大挑戰。首先它要解決如何保證通訊的可靠性和安全性；其次，它要思考如何讓最終用戶十分簡單方便地配置網絡。無論應用于何種網絡標準，它都應該滿足以上的基本需求。
Invensys公司的過程控制系統架構主管Alex Johnson認為，不同的網絡都是為特定的應用領域來設計的，但每個都有其優缺點。很多情況下，許多先進網絡并非都能應用于新的現場。“這兒有很多已經安裝好了的設備，就算是提出了再好的解決方案，也不可能取代這些設備。”Alex Johnson說道。
Sweet認為現在來完成這兩個挑戰并不困難。一方面，有越來越多的工具可以用來橋接不同網絡；也可以通過第三方提供通訊協議棧來保證鏈接的安全性和可靠性。他同時指出，類似EDDL的協議能夠提供更好的共用性，從而使主控系統能在不同網絡上與多種設備進行通訊。此外，FDT組織的工作也在提高各網絡間的統一協調性方面頗有成效。
各標準間表現出緊密合作的態度的時間還不長，像EDDL，僅有幾年的歷史。這種標準間的合作得以推廣的部分原因就是由于降低成本的需要，這也同時推動了新的網絡技術的發展和應用。
就Invensys公司而言，Johnson認為解決的方案是對傳統的和智能的I/O，以及SCADA產品和智能設備的協議和總線，建立一整套標準接口。通過對物理和邏輯通訊層的標準化來實現標準化數據的傳輸、報警和通知，以及系統的診斷和配置，所以每個應用都能獲得標準格式的數據。在利用FDT技術對系統進行配置和診斷時，也會涉及到軟件的標準化。Invensys公司也一直積極參與OPC-UA的發展工作，采用OPC-UA架構支持在過程控制中提供Web服務。
其他設備供應商也參與和支持這項工作。例如Emerson Process Management和Siemens Automation and Drives共同最近公布一項技術交換計劃，預定于2007年中期，Siemens和Emerson的控制產品都將同時支持FF和Profinet總線標準。同時，這兩大產品集團將努力實現EDDL與OPC-UA相結合以用于總線間數據交換。在兩大公司宣布共同努力的聲明的同時，Siemens A&D的董事Anton Huber指出這種整合將特別有利于混合型的網絡環境，他說：“用戶可以在多種過程儀表中自由選擇那些具有適合相應控制系統的接口的儀表。”
卷煙，光盤
這里有一些關于網絡如何在實際工作中集成使用的例子，例如在水廠，光盤制造廠以及卷煙廠。每個廠都有他們自己不同的要求，也都找到了獨特的且非常適用的解決方案。
位于美國東南部的一個水廠，通過200,000個服務站向方圓1,500平方公里的700,000個居民點供應凈水并處理污水。它不僅要滿足日益增加的用水需求，還必須對不斷增加的污染物實施測試分析，目前已有了200多個這樣的實時監控點。出于控制和上報的需求，該水廠安裝了一套Invensys DCS和一套無線SCADA網絡。當八個網絡集線器接收到從155個配置了Modbus協議的PLC現場遠程站以900MHz頻率發出的無線信號時，23個應用工作站也同時在T1線路上以TCP/IP協議進行通訊。
Invensys公司的Johnson先生指出，該水廠的控制系統需要的是可靠性，而不是冗余的實時控制。對于一些關鍵的工藝過程，例如酸堿度調整或加氯處理，必須獨立于現場的處理站或者泵站，但配置信息，歷史數據以及維護數據在23個工作站之間是共享的。通過DCS系統記錄下來的值與遠方現場采集來的值之間的映射實現了數據的軟件共享。這套控制裝置的優點是能夠大大節約生產操作和報表上報的時間和成本。
PTO的Henning舉了一個使用不同廠家PLC控制器（包括Omron，Siemens，Sharp，Rockwell Automation和Mitsubishi）的光盤生產廠的例子。該廠以Profibus和DeviceNet作為的他們現場總線系統。并通過代理服務器，在不同控制器之間進行通訊，OPC服務器能夠準確無誤通知某臺機器在生產流程中下一步何時該運行和何時該停車。
“Profinet通過軟件代理服務器可以將不同種類網絡和設備集成在一起。這些代理服務器也可以看作翻譯器，通過它可使工程應用中不同品牌的硬件設備在網絡中被看作同一類設備。”
Carl Henning Profibus Trade Organization
節約33%的工時
Henning指出，這樣可以節約33%工程耗時，提高故障檢修率，并把試車時間縮短到四周。由此可見，節約是可觀的。
最后，舉一個例子，這是Prism Systems公司的Jones非常熟悉的項目。一個雪茄自動生產廠在最后緊急關頭邀請Prism Systems公司去挽救一個自動控制項目。開始時，擺在Prism Systems公司面前的是一大堆雜亂的PLC，而且已經沒有時間把它們聯網起來。除了對一些已經使用了AS-i和相似的低端網絡的現場外，Prism Systems公司對整個系統打算采用西門子公司的Profinet的解決方案。主數據網絡的選擇很大程度上取決于軟件的實用性，實用的軟件能夠把工作簡化。Jones解釋說：“這樣能使目標變得明確，而且可以將整個系統的通訊統一起來。”
“不同設備和網絡的集成，是通過在H1和HSE協議中都定義了的特殊的柔性功能模塊來完成的。通過柔性功能模塊可將外部設備節點映射成H1和HSE網段上的設備。”
David Glazner Fieldbus Foundation 翻譯：涂煊
由于不用編程，Prism的工程師節省了20%的程序調試時間，因此他們可以按時、快速的完成該項目。雪茄廠廠長很清楚，該項目的實施降低了生產時間，減少了勞動力，增加了產量，并由于部分使用了RFID 標簽系統，從而更好實現了的生產過程跟蹤。
在Jones看來，不同供應商提供的網絡和產品的混合使用是標準化網絡發展的自然產物。“這就是你要開始使用開放式網絡的原因之一，因為它適合于使用多種不同設備供應商所供產品的項目。”Jones說道。
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