浅谈现场总线技术与工业以太网自然界中的十种奇妙应用
在工业4.0的浪潮中,通信技术的飞速发展为企业实现智能化和自动化提供了强大的工具。尤其是在工业互联网的技术架构中,通过车间现场各类通讯方式接入不同设备、系统和产品,以便采集并上传海量数据。目前,在工控领域,车间现场应用最广泛的是工业以太网技术和工业现场总线技术,这两种技术共同推动了工厂自动化。
本文将探讨工业底层设备使用的两种主要通讯方式:现场总线和工业以太网。
现场总线
现场总线概述
现场总线是指连接制造或过程区域与控制室内自动装置之间数字式、串行、多点通信网络,是自动化领域中的底层数据通信网络,它连接最底层的现场智能仪表设备以及自动化系统,全数字双向多站通信系统。它采用数字通信替代传统模拟信号及普通开关量信号,并遵循ISO/OSI开放系统互联参考模型的大部分或全部协议。
我们可以这样理解现场总线:
它位于生产控制和网络机构底层,是工厂信息纵向集成透明通信。
基于ISO/OSI七层模型,但实际应用通常会简化该模型,以实现更低延迟、更快速度及实时特性。
现场总线特点与应用
随着生产规模扩大,需求产生了多点信息操作控制,但计算机存在封闭性的缺陷,导致不同厂商设备无法互联互通。此后诞生了基金会FF、LONWORKS、HAPT等代表性的现场总林标准,每个标准有独特特点且适用范围不一。但由于种类繁多,没有统一标准,最终形成了IEC61158标准族。
工业以太网
工业以太网概述
为了解决上述问题,以太网作为一种简单、高效且成本较低的解决方案逐渐进入人们视野。最初用于办公环境,其后被改造适应于严苛条件下的工业环境,即“工业以太网”。这是一种基于IEEE 802.3标准局域网产品组,同时具备TCP/IP协议,使其能够满足高效率、高可靠性的要求。
工业以太网特点与应用
Industrial Ethernet 的优势在于:
能够满足所有控制级别要求,使得企业信息网络与控制网络无缝整合。
速度快,有10M, 100M, 千兆甚至10Gbps选项。
易于获得支持,由众多供应商提供硬件升级选择。
近年来,Industrial Ethernet 已经成为传统字段bus 协议市场份额之首,因为它需要独立布线设施,而 Industrial Ethernet 可能共享现有的结构,如电力基础设施(Power over Ethernet, PoE)。
当前影响力的实时 Industrial Ethernet 包括西门子的PROFINET、横河Yokogawa 的VNET/IP 和倍福 (Beckhoff) 的 EtherCAT 等。此外,还有东芝Toshiba 的 TCnet 和施耐德(Schneider Electric) 提出的Modbus IDA,以及贝加莱(Belden) 的 Powerlink 和浙江大学中控(EPA) 等其他关键玩家参与其中。