绝恋电视剧

作者：chnj 添加時間：2008-04-28 14:39:53 瀏覽：

1 引言
　　二十一世紀(jì)是信息經(jīng)濟(jì)的時代

。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展

，全球市場進(jìn)一步形成

，競爭也空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量更高

、換代時間更短

。處于全球市場之中的工業(yè)生產(chǎn)為了適應(yīng)市場競爭的需要，在追求競爭力的過程中逐漸形成了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)采用系統(tǒng)集成

、信息集成的觀點組織生產(chǎn)，把市場

、生產(chǎn)計劃

、制造過程、企業(yè)管理

、售后服務(wù)看作要統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)過程

，并采用計算機(jī)、自動控制

、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)來實現(xiàn)整個過程的綜合自動化

，以改善生產(chǎn)加工

、管理決策等

。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，須***要將企業(yè)內(nèi)現(xiàn)場控制

、過程監(jiān)控

、經(jīng)營管理、市場管理等各層次智能設(shè)備互聯(lián)成綜合自動化網(wǎng)絡(luò)

，實現(xiàn)各層次的住處匯通和數(shù)據(jù)共享

，即實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的“管控一體化”。
為此

，企業(yè)首先須***對各種企業(yè)資源建立完善的管理網(wǎng)絡(luò)

，使各方面資源充分調(diào)配、平衡和控制

，***大限度地發(fā)揮其能力

；其次，須***形成市場

、經(jīng)營

、生產(chǎn)和研發(fā)之間緊密的協(xié)作鏈

。

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)

，從結(jié)構(gòu)上看可分為三個層次：即管
理層、監(jiān)控層和現(xiàn)場設(shè)備層

。如圖一所示

。其中

，***上層的企業(yè)管理層網(wǎng)絡(luò)

，主要用于企業(yè)
的計劃、銷售

、庫存

、財務(wù)、人事以及企業(yè)的經(jīng)營管理等方面信息的傳輸

。管理層上各終端
設(shè)備之間一般以發(fā)送電子郵件

、下載網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)庫查詢

、打印文檔

、讀取文件服務(wù)器上的計
算機(jī)程序等方式進(jìn)行信息的交換，數(shù)據(jù)報文通常都比較長

，吞吐量較大，而且數(shù)據(jù)通信的發(fā)
起是隨機(jī)的

、無規(guī)則的

，因為要求網(wǎng)絡(luò)須***具有較大的帶寬。管理層網(wǎng)絡(luò)主要由快速Ether
net(100M、1G

、10G等)組成

。中間的制造執(zhí)行層網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)控、優(yōu)化

、調(diào)度等方面信息
的傳輸

，其特點是信息傳輸具有一定的周期性和實時性，數(shù)據(jù)吞吐量較大

，因此要求網(wǎng)絡(luò)具
有較大的帶寬，以前由專用網(wǎng)絡(luò)如令牌網(wǎng)組成

，召集這一層網(wǎng)絡(luò)則主要由傳輸速率較高的
網(wǎng)段（如10M

、100MEthernet等）組成。
而***底層的現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)

，與變送器

、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備相連，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)

，并將控制數(shù)據(jù)送入設(shè)備

。它與以傳遞信息為主要目標(biāo)的郵電通信技術(shù)以及其它信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，具有一些特殊性

。由于工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)通信的***終目的是通過傳遞測量和控制數(shù)據(jù)及相關(guān)信息

，產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動和轉(zhuǎn)換，因此這種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)具有以下特殊性：
① 數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和系統(tǒng)響應(yīng)的實時性：通常,制造自動化系統(tǒng)的響應(yīng)時間要求在0.01~0.5s,過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間為0.5~2S

。而信息網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間則是2~6S

。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的實時性要求高得多

。
② 高可靠性：工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在工業(yè)環(huán)境下數(shù)據(jù)傳送的完整性

，對于工作在環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)，須***解決環(huán)境適應(yīng)性問題它包括電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性EMC

、氣候環(huán)境適應(yīng)性（要耐溫、防水

、防塵）

、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（要耐沖擊、耐振動）

。在易爆或可燃的場合

，它應(yīng)具有本質(zhì)安全的性能。
③ 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)需要解決不同廠商的產(chǎn)品和系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上相互兼容的問題

，強(qiáng)調(diào) 互可操作性

，因此它在現(xiàn)代通信系統(tǒng)所基于的ISO/OSI“開放系統(tǒng)互連的參考模型”上

，加了用戶層，通過標(biāo)準(zhǔn)功能塊和裝置描述（DD）功能來解決這種完整的開放性通信

。
④ 總線供電

。工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠為現(xiàn)場設(shè)備傳輸工作電源

。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮

，同時總線供電還能減少線纜

，降低布線成本。
⑤ 廣播

、多播與單播通信方式：工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)把公散的單一用戶（變送器

、執(zhí)行器、控制器或控制系統(tǒng)等）接入某個系統(tǒng)

，其通信方式常使用廣播方式

、多組方式或基于客戶/服務(wù)器的單播方式。在IT網(wǎng)絡(luò)中一個自主系統(tǒng)與另一個自主系統(tǒng)只在需要通信時建立一對一的方式

。
⑥ 現(xiàn)場控制層設(shè)備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小

。這些信息包括生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測量值、控制量

、開關(guān)與閥門的工作位置

、報警狀態(tài)

、設(shè)備的資源與維護(hù)信息

、系統(tǒng)組態(tài)

、參數(shù)修改

、零點與量程調(diào)校信息等。其長度一般都比較小

，通常僅為幾位（bit）或幾個

、十幾、幾十個字節(jié)(byte)

，對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐掏铝恳蟛桓摺?br style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 正是由于以上特點和特殊性

，目前現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)主要由低速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（如FF、Profibus

、 DeviceNet等）組成

。

2、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展回顧
所謂現(xiàn)場總線

，按照******電工委員會IEC/SC65C的定義，是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置之間、以及現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式

、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線。以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS）

。
現(xiàn)場總線的生產(chǎn)是多方面因素共同作用的結(jié)果。
現(xiàn)場總線的生產(chǎn)首先反映了儀器儀表本身發(fā)展的需要

。儀器儀表的發(fā)展經(jīng)歷了全模擬式儀表

、智能儀表、具有通信功能的智能儀表

、現(xiàn)場總線儀表等幾個階段

。其中，全模擬式儀表是將傳感器信號進(jìn)行調(diào)理放大后

，經(jīng)過V/I電路轉(zhuǎn)換，輸出4~20mA或0~5V的模擬信號

，（如圖2（a）所示）

。其后隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器在儀器儀表中得到了廣泛應(yīng)用

，過程變量經(jīng)調(diào)理放大、A/D采樣

，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號

，并經(jīng)過微處理器的運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)忍幚砗?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，再通過D/A

、V/I等電路，仍然以4~20mA或0~5V的模擬信號輸出（如圖2（b）所示）

，這種智能儀表相對于全模擬儀表來講

，測量精度得到大大提高，但信號傳輸過程仍然容易受到外界電磁干擾

，傳輸精度和可靠性都不高

。于是

，人們在儀器儀表中增加了通信接口（如RS232/485等）

，以數(shù)字通信的方式代替模擬信號傳輸（如圖2（c）所示）。但由于這些通信標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層上的電氣特性

，而對于數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各高層協(xié)議規(guī)范

，則沒有統(tǒng)一定義，致使不同生產(chǎn)廠家的儀器儀表由于通信協(xié)議的專有與不兼容而無法實現(xiàn)相互之間的信息互訪

。為解決這個問題

，須***使這些網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，組成開放互連系統(tǒng)

，于是就產(chǎn)生了現(xiàn)場總線

。其次，現(xiàn)場總線的產(chǎn)生也反映了企業(yè)管控一體化信息集成的要求

。
因此

，從20世紀(jì)80年代開始，各種現(xiàn)場總線相繼產(chǎn)生

，其中主要的有：基金會現(xiàn)場總線FF（Foundation Fieldbus）

、控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）、局部操作網(wǎng)絡(luò)Lon Works(Local Operating Network)

、過程現(xiàn)場總線PROFIBUS（Process FieldBus）和HART協(xié)議（Highway Addressable Remote Transducer）以及DeviceNet、ControlNet

、P-NET,等等

。
面對如此之多的現(xiàn)場總線，用戶如何選擇

？為解決這個問題，******電工委員會IEC在1984年就開始籌備制定單一現(xiàn)場總線******標(biāo)準(zhǔn)

。然而，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因

，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使

，圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一場大戰(zhàn)，***后經(jīng)過多方妥協(xié)

，于1999年年底通過了包含F(xiàn)F

、Profibus等八種總線在內(nèi)的IEC61158，沒有實現(xiàn)制定單一標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)

。這個結(jié)局表明

，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)多種現(xiàn)場部線將并存，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成與信息集成會面臨復(fù)雜的局面

。無論是***終用戶還是制造商

，普遍都在關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展新動向，都有在尋求高性能低成本的解決方案

。
在各種現(xiàn)場總線的競爭中

，以Ethernet為代表的COTS（Commercial-Off-The-Shelf）通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點

。

3、為什么以前不用Ethernet作現(xiàn)場總線
？
Ethernet（Ethernet）***初是在1973年由Dr Robert Metcacfe領(lǐng)導(dǎo)的小組在Xerox Palo Aleto Research Park研制出來的

，應(yīng)用于微型計算機(jī)系統(tǒng)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)終端。后幾經(jīng)修改

，1983年出版了的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)

，它和1985年發(fā)布的ISO8802.3標(biāo)準(zhǔn)是相同的。
Ethernet采用星型或總線型結(jié)構(gòu)

，傳輸速率為10M、100M

、1000M甚至更高

，傳輸介質(zhì)為屏蔽（非屏蔽）雙絞線、光纖

、同軸電纜等。
Ethernet區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)（如令牌網(wǎng)

、令牌環(huán)網(wǎng)

、主從式網(wǎng)絡(luò)等）的重要特點是，它采用的介質(zhì)訪問控制方法—CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

，沖突檢測載波監(jiān)聽多點訪問）是一種非確定性或隨機(jī)性通信方式

。其基本工作原理是：某節(jié)點要發(fā)送報文時，首先監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)

，如網(wǎng)絡(luò)忙

，則等到其空閑為止，否則將立即發(fā)送

，并同時繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)

；如果兩個或更多的節(jié)點監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)空閑并同時發(fā)送報文時，將發(fā)生碰撞

，同時節(jié)點立即停止發(fā)送

，并等待一段隨機(jī)長度的進(jìn)間后重新發(fā)送

。16次碰撞后，控制器將停止發(fā)送并向節(jié)點微處理器回報失敗信息

。
在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高時

，Ethernet上存在的這種碰撞成了主在的問題，因為它極大地影響了Ethernet的數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸延時

，并導(dǎo)致Ethernet實際性能的下降

。由于在一系列碰撞后

，報文可能會丟失，因此節(jié)點與節(jié)點之間的通信將無法得到保障

。Ethernet的這種CSMA/CD介質(zhì)訪問機(jī)制導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和通信響應(yīng)的“不確定性”

。
而對于工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，Ethernet的這種通信“不確定性”會導(dǎo)致通信延遲的“不確定性”

，并導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能下降

，控制效果不穩(wěn)定，甚至?xí)鹣到y(tǒng)振蕩

；在有緊急事件信息需要發(fā)送時，還會因報警信息不能及時得到響應(yīng)

，而導(dǎo)致災(zāi)難事件的發(fā)生

，并成了它應(yīng)用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主要障礙。
Ethernet沒有用于現(xiàn)場總線的另外一個重在原因是

，作為工業(yè)現(xiàn)場智能設(shè)備的核心組成部分—微處理器

，在20世紀(jì)80年代時還處于初期發(fā)展階段，功能簡單

，數(shù)字處理力不強(qiáng)

，不能處理Ethernet上“捆綁”使用的TCP/IP協(xié)議。

4
、Ethernet正逐漸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域
盡管Ethernet是一種隨機(jī)性網(wǎng)絡(luò)，但由于其技術(shù)比較簡單

、******公開

，能很快被大家接受，通過不斷改進(jìn)

、提升

，市場占有率（特別是辦公自動化OA領(lǐng)域的市場占有率）越來越大

，而成本卻越來越低

，進(jìn)而變成主流，即使IBM力推Token Ring（令牌環(huán)網(wǎng)）架構(gòu)也已難擋此潮流

。據(jù)VDC調(diào)查報告

，如今已有約93%以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有Ethernet接口。
那么

，Ethernet能不能應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域呢？
我們知道

，令牌總線控制方式在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用得較多，其特點是

，網(wǎng)絡(luò)上各工作站對總線的控制權(quán)是由令牌來控制的

。收到令牌的節(jié)點在一段規(guī)定時間內(nèi)擁有網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的控制訪問權(quán)，并向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一幀或多幀信息

，當(dāng)該站傳輸已經(jīng)完成或它占用網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定時間到時

，它就將令牌傳遞到下一邏輯站。因此

，傳輸過程就是由交替進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸階段和令牌傳送階段組成。由于令牌傳遞時間

、擁有令牌的節(jié)點占用網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)的時間是預(yù)先規(guī)定好的

，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量一定的情況下

，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息發(fā)送的時間是可以預(yù)先估計出來的

，因此，令牌網(wǎng)又稱為“確定性”網(wǎng)絡(luò)

。顯然

，這種確定性的比較適合通信確定性和響應(yīng)實時性要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用。其中Arcnet網(wǎng)絡(luò)就是比較******的令牌總線之一

，傳輸速率為2.5Mbps,數(shù)據(jù)幀長度***大為508字節(jié)

，可使用電纜、雙絞線和光纖等傳輸介質(zhì)

。
可以發(fā)現(xiàn)

，在負(fù)荷較輕時，Ethernet網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)速度明顯大于Arcnet網(wǎng)絡(luò)

，但隨著
負(fù)荷的增加Ethernet網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)速度就急劇下降，而Arcnet網(wǎng)絡(luò)卻下降得非常緩慢

。這
是因為

，當(dāng)負(fù)荷輕時，Ethernet網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)生碰撞的概率很低

，幾乎可以
隨時發(fā)送

，而Arcnet網(wǎng)絡(luò)則必需要有令牌才能發(fā)送

，當(dāng)然沒有Ethernet網(wǎng)快。但當(dāng)負(fù)荷
很重時

，Ethernet網(wǎng)的碰撞概率急劇增加

，這就象一群人亂哄哄的擠一個門

，這群人要
******進(jìn)入門中，得花費(fèi)很長時間

。而Arcnet則象一群人排隊進(jìn)一個門

，其進(jìn)入速度肯定
比前者快。
同時

，也可看出

，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷低于25%時，Ethernet網(wǎng)的響應(yīng)速度要比Arcnet網(wǎng)要
快

。這典型的工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用中

，通信峰值負(fù)荷為10M Ethernet的5%，100M Ethernet
網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷為0.5%

。如果通過仔細(xì)設(shè)計,對系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量和通信流量進(jìn)行控制,
使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷低于10%,******可以采用Ethernet網(wǎng)來取代Arcnet網(wǎng)等令牌網(wǎng)

。
事實上，由于以太網(wǎng)接口芯片已非常普遍

，價格低廉,已從OA領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到FA（工
廠自動化）領(lǐng)域，目前幾乎所有遠(yuǎn)程I/O和控制器的均能提供一個支持TCP/IP的Ethernet
接口

。與此同時，Ethernet也成現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新趨勢

，并被作為各種現(xiàn)場總線的高速組成部分

，如HSE（High Speed Ethernet），Profibus ******(Profibus International,PI)的 ProfiNet

、 ControlNet ******（ControlNet International,CI）和開放設(shè)備網(wǎng)制造商協(xié)會（Open DeviceNet Vendor Association,ODVA）的Ethernet/IP，MODBUS用戶集團(tuán)的MODBUS/TCP等等