由于新標(biāo)準(zhǔn)和新軟件的出現(xiàn)，各種自動化網(wǎng)絡(luò)正前所未有地緊密聯(lián)系在一起。這種聯(lián)系帶來了我們看得到的改進(jìn)：實(shí)施速度的加快、成本的節(jié)省，以及更多……
Keith Jones不是那種會拿著錘子去擰螺絲釘?shù)娜?，他懂得在工作中如何使用正確的方法。作為自控系統(tǒng)集成商Prism Systems有限公司（位于阿拉巴馬州）的總裁，Jones認(rèn)為在對自動控制系統(tǒng)中一些特殊部分配置合適的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不應(yīng)一味追求像Profibus或者ControlNet這樣大帶寬高容量的網(wǎng)絡(luò)，而可以選擇像AS-i這樣相對比較簡單的底層網(wǎng)絡(luò)。
“你可以從這些較大容量的網(wǎng)絡(luò)得到更大帶寬，”Jones說，“有時(shí)你確實(shí)需要這樣大的帶寬，但是有時(shí)采用一些簡單低端的網(wǎng)絡(luò)會更有效。因而大多數(shù)情況下我們最終會采用多種網(wǎng)絡(luò)并存方式?！?br/> 可是，他也指出，總是會存在一個(gè)主干網(wǎng)，它將其他網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)在廠內(nèi)廠外之間的通訊。這需要各網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織與自動化設(shè)備供應(yīng)商共同努力來實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)果：網(wǎng)絡(luò)配置安裝速度大大的加快了，大量的資金被節(jié)省下來，而同時(shí)網(wǎng)絡(luò)容量也與日俱增。
標(biāo)準(zhǔn)化組織響應(yīng)
不足為奇的是，多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的倡導(dǎo)者都認(rèn)為他們自己的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是最適合作為主干網(wǎng)的。Profibus Trade Organization（PTO）的副主席Carl Henning指出，Profinet通過軟件代理服務(wù)器可以將不同種類網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備集成在一起。這些代理服務(wù)器也可以看作翻譯器，通過它可使工程應(yīng)用中的不同品牌的硬件設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中被看作同一類設(shè)備，這樣每個(gè)終端設(shè)備都知道它的通訊伙伴和相互關(guān)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(xiàn)場總線、下一級系統(tǒng)由什么組成，因?yàn)?，通過代理處理以后對你來講一切都是透明的。站在一個(gè)使用者的角度上來看，這是一件多么美妙的事情??！”Henning說道。
設(shè)備制造商制造并維護(hù)這些代理設(shè)備，并通過XML設(shè)備描述語言來定義輸入、輸出以及其他需要的信息。通過實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證，PTO保證每一個(gè)代理設(shè)備都是符合標(biāo)準(zhǔn)的。因此，現(xiàn)場設(shè)備可以看作是一些通過連線直接聯(lián)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(shè)計(jì)的工作量，自動控制項(xiàng)目可以大大降低成本。”
Foundation Fieldbus（FF）技術(shù)開發(fā)部主管David Glanzer指出，F(xiàn)F總線技術(shù)處理各種網(wǎng)絡(luò)的能力是不容忽視的。它在以太網(wǎng)上的通訊，是通過智能交換機(jī)來保證信息傳送到它們要去的目標(biāo)地址，而不是采用對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以廣播的方式來完成?？刂茖拥耐ㄓ嶓w系架構(gòu)是建立在通訊速率為 H1網(wǎng)段，和通訊速率為100Mbit/s的HSE（高速以太網(wǎng)）網(wǎng)段上的。通訊的管理采用OPC（OLE for Process Control）方式，并通過各自服務(wù)器來完成相互之間的對話。
“不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的集成，是通過在H1和HSE協(xié)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(shè)備節(jié)點(diǎn)映射成H1和HSE網(wǎng)段上的設(shè)備。Glanzer指出，這個(gè)概念正在延伸，“我們努力形成一個(gè)應(yīng)用軟件的通用接口?！彼f道。
ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）的執(zhí)行主席Katherine Voss提到了一個(gè)獨(dú)立媒介平臺，通用工業(yè)協(xié)議（CIP，Common Industrial Protocol）。她說，通過這個(gè)平臺，可以將模型對象從較低的網(wǎng)絡(luò)層獨(dú)立出來，這樣通用工業(yè)協(xié)議就能實(shí)現(xiàn)對以太網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通，并提供了安全保證，運(yùn)動控制，以及其他應(yīng)用。她解釋說，ODVA正與其它對通用工業(yè)協(xié)議感興趣的合作伙伴共同推廣該協(xié)議，相信使用者將會從中獲益匪淺。
“通用工業(yè)協(xié)議允許用戶的公司跨越多種網(wǎng)絡(luò)集成I/O控制、設(shè)備配置、和數(shù)據(jù)采集等多項(xiàng)工作?！盫oss說道。
OPC Foundation的主席Thomas Burke先生指出，推動各網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作和互用性一直是他們的目標(biāo)。OPC參與了有關(guān)電子設(shè)備描述語言（EDDL）標(biāo)準(zhǔn)的推廣工作，利用EDDL技術(shù)我們能讓最終用戶對設(shè)備生產(chǎn)商所生產(chǎn)的超過1500萬種設(shè)備和儀表進(jìn)行診斷、配置，并從中獲取實(shí)時(shí)的資產(chǎn)管理信息。OPC還積極推動和協(xié)助開發(fā)OPC統(tǒng)一體系架構(gòu)（OPC-UA）標(biāo)準(zhǔn)。
OPC-UA標(biāo)準(zhǔn)的提出，為OPC服務(wù)器與物理設(shè)備間信息發(fā)布和數(shù)據(jù)通訊提供了標(biāo)準(zhǔn)化的無縫連接。各設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)在各自的設(shè)備中支持這種標(biāo)準(zhǔn)。這樣，通過OPC-UA就將能夠方便的尋找和瀏覽相關(guān)設(shè)備中復(fù)雜的信息了。通訊數(shù)據(jù)的交換將在這些設(shè)備和上層的應(yīng)用軟件間進(jìn)行。
Burke指出，用戶不可能愿意花時(shí)間編寫代碼來實(shí)現(xiàn)這些信息的交換的?！盎ビ眯躁P(guān)鍵在于協(xié)議的透明度，最終用戶從不同供應(yīng)商購買產(chǎn)品，他們希望這些不同廠家的產(chǎn)品間的信息交換不需要進(jìn)行任何軟件編程就能夠完成?！彼f道。
各有千秋
至于設(shè)備供應(yīng)商，他們以各種各樣的方式來滿足網(wǎng)絡(luò)集成的需要。Honeywell公司的Experion系列控制和IO產(chǎn)品的銷售經(jīng)理Tim Sweet先生非常推崇這種做法?！斑@些網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是通過一些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的，而這些參數(shù)是相對獨(dú)立且互斥的?！彼f道。
例如Profibus，他認(rèn)為Profibus是一種高傳輸速率、具有簡單清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的總線，與此相反，F(xiàn)F（Foundation Fieldbus）卻是一種具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)和控制結(jié)構(gòu)、低數(shù)據(jù)傳輸率的總線，但Sweet認(rèn)為它們各有側(cè)重點(diǎn)并不是件壞事，他更希望看到的是不同的網(wǎng)絡(luò)有各自獨(dú)樹一幟的特點(diǎn)，而不是那種單一的包羅萬象但毫無特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。
圖: 雖然多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并存的情況還會繼續(xù)在工程應(yīng)用中遇到，但我們可以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，利用目前已有的工具可以輕易地配置具有3-4 層結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)模型。
像Honeywell公司這種為各種各樣的網(wǎng)絡(luò)提供主控系統(tǒng)的設(shè)備供應(yīng)商，它將面臨兩大挑戰(zhàn)。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(wǎng)絡(luò)。無論應(yīng)用于何種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它都應(yīng)該滿足以上的基本需求。
Invensys公司的過程控制系統(tǒng)架構(gòu)主管Alex Johnson認(rèn)為，不同的網(wǎng)絡(luò)都是為特定的應(yīng)用領(lǐng)域來設(shè)計(jì)的，但每個(gè)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。很多情況下，許多先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)并非都能應(yīng)用于新的現(xiàn)場。“這兒有很多已經(jīng)安裝好了的設(shè)備，就算是提出了再好的解決方案，也不可能取代這些設(shè)備?！盇lex Johnson說道。
Sweet認(rèn)為現(xiàn)在來完成這兩個(gè)挑戰(zhàn)并不困難。一方面，有越來越多的工具可以用來橋接不同網(wǎng)絡(luò)；也可以通過第三方提供通訊協(xié)議棧來保證鏈接的安全性和可靠性。他同時(shí)指出，類似EDDL的協(xié)議能夠提供更好的共用性，從而使主控系統(tǒng)能在不同網(wǎng)絡(luò)上與多種設(shè)備進(jìn)行通訊。此外，F(xiàn)DT組織的工作也在提高各網(wǎng)絡(luò)間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性方面頗有成效。
各標(biāo)準(zhǔn)間表現(xiàn)出緊密合作的態(tài)度的時(shí)間還不長，像EDDL，僅有幾年的歷史。這種標(biāo)準(zhǔn)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(shí)推動了新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
就Invensys公司而言，Johnson認(rèn)為解決的方案是對傳統(tǒng)的和智能的I/O，以及SCADA產(chǎn)品和智能設(shè)備的協(xié)議和總線，建立一整套標(biāo)準(zhǔn)接口。通過對物理和邏輯通訊層的標(biāo)準(zhǔn)化來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的傳輸、報(bào)警和通知，以及系統(tǒng)的診斷和配置，所以每個(gè)應(yīng)用都能獲得標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。在利用FDT技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行配置和診斷時(shí)，也會涉及到軟件的標(biāo)準(zhǔn)化。Invensys公司也一直積極參與OPC-UA的發(fā)展工作，采用OPC-UA架構(gòu)支持在過程控制中提供Web服務(wù)。
其他設(shè)備供應(yīng)商也參與和支持這項(xiàng)工作。例如Emerson Process Management和Siemens Automation and Drives共同最近公布一項(xiàng)技術(shù)交換計(jì)劃，預(yù)定于2007年中期，Siemens和Emerson的控制產(chǎn)品都將同時(shí)支持FF和Profinet總線標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，這兩大產(chǎn)品集團(tuán)將努力實(shí)現(xiàn)EDDL與OPC-UA相結(jié)合以用于總線間數(shù)據(jù)交換。在兩大公司宣布共同努力的聲明的同時(shí)，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(wǎng)絡(luò)環(huán)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(yīng)控制系統(tǒng)的接口的儀表。”
卷煙，光盤
這里有一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)如何在實(shí)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(gè)廠都有他們自己不同的要求，也都找到了獨(dú)特的且非常適用的解決方案。
位于美國東南部的一個(gè)水廠，通過200,000個(gè)服務(wù)站向方圓1,500平方公里的700,000個(gè)居民點(diǎn)供應(yīng)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(shí)施測試分析，目前已有了200多個(gè)這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)控點(diǎn)。出于控制和上報(bào)的需求，該水廠安裝了一套Invensys DCS和一套無線SCADA網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)八個(gè)網(wǎng)絡(luò)集線器接收到從155個(gè)配置了Modbus協(xié)議的PLC現(xiàn)場遠(yuǎn)程站以900MHz頻率發(fā)出的無線信號時(shí)，23個(gè)應(yīng)用工作站也同時(shí)在T1線路上以TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。
Invensys公司的Johnson先生指出，該水廠的控制系統(tǒng)需要的是可靠性，而不是冗余的實(shí)時(shí)控制。對于一些關(guān)鍵的工藝過程，例如酸堿度調(diào)整或加氯處理，必須獨(dú)立于現(xiàn)場的處理站或者泵站，但配置信息，歷史數(shù)據(jù)以及維護(hù)數(shù)據(jù)在23個(gè)工作站之間是共享的。通過DCS系統(tǒng)記錄下來的值與遠(yuǎn)方現(xiàn)場采集來的值之間的映射實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的軟件共享。這套控制裝置的優(yōu)點(diǎn)是能夠大大節(jié)約生產(chǎn)操作和報(bào)表上報(bào)的時(shí)間和成本。
PTO的Henning舉了一個(gè)使用不同廠家PLC控制器（包括Omron，Siemens，Sharp，Rockwell Automation和Mitsubishi）的光盤生產(chǎn)廠的例子。該廠以Profibus和DeviceNet作為的他們現(xiàn)場總線系統(tǒng)。并通過代理服務(wù)器，在不同控制器之間進(jìn)行通訊，OPC服務(wù)器能夠準(zhǔn)確無誤通知某臺機(jī)器在生產(chǎn)流程中下一步何時(shí)該運(yùn)行和何時(shí)該停車。
“Profinet通過軟件代理服務(wù)器可以將不同種類網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備集成在一起。這些代理服務(wù)器也可以看作翻譯器，通過它可使工程應(yīng)用中不同品牌的硬件設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中被看作同一類設(shè)備?！?/em>
Carl Henning Profibus Trade Organization
節(jié)約33%的工時(shí)
Henning指出，這樣可以節(jié)約33%工程耗時(shí)，提高故障檢修率，并把試車時(shí)間縮短到四周。由此可見，節(jié)約是可觀的。
最后，舉一個(gè)例子，這是Prism Systems公司的Jones非常熟悉的項(xiàng)目。一個(gè)雪茄自動生產(chǎn)廠在最后緊急關(guān)頭邀請Prism Systems公司去挽救一個(gè)自動控制項(xiàng)目。開始時(shí)，擺在Prism Systems公司面前的是一大堆雜亂的PLC，而且已經(jīng)沒有時(shí)間把它們聯(lián)網(wǎng)起來。除了對一些已經(jīng)使用了AS-i和相似的低端網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場外，Prism Systems公司對整個(gè)系統(tǒng)打算采用西門子公司的Profinet的解決方案。主數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的選擇很大程度上取決于軟件的實(shí)用性，實(shí)用的軟件能夠把工作簡化。Jones解釋說：“這樣能使目標(biāo)變得明確，而且可以將整個(gè)系統(tǒng)的通訊統(tǒng)一起來?！?br/>
“不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的集成，是通過在H1和HSE協(xié)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(shè)備節(jié)點(diǎn)映射成H1和HSE網(wǎng)段上的設(shè)備。”
David Glazner Fieldbus Foundation
由于不用編程，Prism的工程師節(jié)省了20%的程序調(diào)試時(shí)間，因此他們可以按時(shí)、快速的完成該項(xiàng)目。雪茄廠廠長很清楚，該項(xiàng)目的實(shí)施降低了生產(chǎn)時(shí)間，減少了勞動力，增加了產(chǎn)量，并由于部分使用了RFID 標(biāo)簽系統(tǒng)，從而更好實(shí)現(xiàn)了的生產(chǎn)過程跟蹤。
在Jones看來，不同供應(yīng)商提供的網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品的混合使用是標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的自然產(chǎn)物?！斑@就是你要開始使用開放式網(wǎng)絡(luò)的原因之一，因?yàn)樗m合于使用多種不同設(shè)備供應(yīng)商所供產(chǎn)品的項(xiàng)目?！盝ones說道。
翻譯：涂煊
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