合并网络
发布时间：2006-10-12
由于新标准和新软件的出现，各种自动化网络正前所未有地紧密联系在一起。这种联系带来了我们看得到的改进：实施速度的加快、成本的节省，以及更多……
Keith Jones不是那种会拿着锤子去拧螺丝钉的人，他懂得在工作中如何使用正确的方法。作为自控系统集成商Prism Systems有限公司（位于阿拉巴马州）的总裁，Jones认为在对自动控制系统中一些特殊部分配置合适的网络时，不应一味追求像Profibus或者ControlNet这样大带宽高容量的网络，而可以选择像AS-i这样相对比较简单的底层网络。
“你可以从这些较大容量的网络得到更大带宽，”Jones说，“有时你确实需要这样大的带宽，但是有时采用一些简单低端的网络会更有效。因而大多数情况下我们最终会采用多种网络并存方式。”
可是，他也指出，总是会存在一个主干网，它将其他网络绑定在一起。因此，它必须通过一种安全可靠的方式来处理不同种类网络在厂内厂外之间的通讯。这需要各网络标准化组织与自动化设备供应商共同努力来实现这样的结果：网络配置安装速度大大的加快了，大量的资金被节省下来，而同时网络容量也与日俱增。
标准化组织响应
不足为奇的是，多种网络标准的倡导者都认为他们自己的网络标准是最适合作为主干网的。Profibus Trade Organization（PTO）的副主席Carl Henning指出，Profinet通过软件代理服务器可以将不同种类网络和设备集成在一起。这些代理服务器也可以看作翻译器，通过它可使工程应用中的不同品牌的硬件设备在网络中被看作同一类设备，这样每个终端设备都知道它的通讯伙伴和相互关系以及要交互的信息。
“你可能真的不用去理会是什么牌子的控制器、哪种现场总线、下一级系统由什么组成，因为，通过代理处理以后对你来讲一切都是透明的。站在一个使用者的角度上来看，这是一件多么美妙的事情啊！”Henning说道。
设备制造商制造并维护这些代理设备，并通过XML设备描述语言来定义输入、输出以及其他需要的信息。通过实验室的验证，PTO保证每一个代理设备都是符合标准的。因此，现场设备可以看作是一些通过连线直接联系在一起的部件。Henning说：“由于大大降低了劳动集约型的工程设计的工作量，自动控制项目可以大大降低成本。”
Foundation Fieldbus（FF）技术开发部主管David Glanzer指出，FF总线技术处理各种网络的能力是不容忽视的。它在以太网上的通讯，是通过智能交换机来保证信息传送到它们要去的目标地址，而不是采用对整个网络以广播的方式来完成。控制层的通讯体系架构是建立在通讯速率为31.25kbit/s H1网段，和通讯速率为100Mbit/s的HSE（高速以太网）网段上的。通讯的管理采用OPC（OLE for Process Control）方式，并通过各自服务器来完成相互之间的对话。
“不同设备和网络的集成，是通过在H1和HSE协议中都定义了的特殊的柔性功能模块来完成的。通过柔性功能模块可将外部设备节点映射成H1和HSE网段上的设备。Glanzer指出，这个概念正在延伸，“我们努力形成一个应用软件的通用接口。”他说道。
ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）的执行主席Katherine Voss提到了一个独立媒介平台，通用工业协议（CIP，Common Industrial Protocol）。她说，通过这个平台，可以将模型对象从较低的网络层独立出来，这样通用工业协议就能实现对以太网和其他网络间互联互通，并提供了安全保证，运动控制，以及其他应用。她解释说，ODVA正与其它对通用工业协议感兴趣的合作伙伴共同推广该协议，相信使用者将会从中获益匪浅。
“通用工业协议允许用户的公司跨越多种网络集成I/O控制、设备配置、和数据采集等多项工作。”Voss说道。
OPC Foundation的主席Thomas Burke先生指出，推动各网络标准的协作和互用性一直是他们的目标。OPC参与了有关电子设备描述语言（EDDL）标准的推广工作，利用EDDL技术我们能让最终用户对设备生产商所生产的超过1500万种设备和仪表进行诊断、配置，并从中获取实时的资产管理信息。OPC还积极推动和协助开发OPC统一体系架构（OPC-UA）标准。
OPC-UA标准的提出，为OPC服务器与物理设备间信息发布和数据通讯提供了标准化的无缝连接。各设备供应商应当在各自的设备中支持这种标准。这样，通过OPC-UA就将能够方便的寻找和浏览相关设备中复杂的信息了。通讯数据的交换将在这些设备和上层的应用软件间进行。
Burke指出，用户不可能愿意花时间编写代码来实现这些信息的交换的。“互用性关键在于协议的透明度，最终用户从不同供应商购买产品，他们希望这些不同厂家的产品间的信息交换不需要进行任何软件编程就能够完成。”他说道。
各有千秋
至于设备供应商，他们以各种各样的方式来满足网络集成的需要。Honeywell公司的Experion系列控制和IO产品的销售经理Tim Sweet先生非常推崇这种做法。“这些网络中的每一个网络都是通过一些参数来实现优化的，而这些参数是相对独立且互斥的。”他说道。
例如Profibus，他认为Profibus是一种高传输速率、具有简单清晰的数据结构的总线，与此相反，FF（Foundation Fieldbus）却是一种具有复杂的数据和控制结构、低数据传输率的总线，但Sweet认为它们各有侧重点并不是件坏事，他更希望看到的是不同的网络有各自独树一帜的特点，而不是那种单一的包罗万象但毫无特点的网络。
图: 虽然多种网络协议并存的情况还会继续在工程应用中遇到，
但我们可以经常发现，利用目前已有的工具可以轻易地配置具有
3-4 层结构的工业控制网络模型。
像Honeywell公司这种为各种各样的网络提供主控系统的设备供应商，它将面临两大挑战。首先它要解决如何保证通讯的可靠性和安全性；其次，它要思考如何让最终用户十分简单方便地配置网络。无论应用于何种网络标准，它都应该满足以上的基本需求。
Invensys公司的过程控制系统架构主管Alex Johnson认为，不同的网络都是为特定的应用领域来设计的，但每个都有其优缺点。很多情况下，许多先进网络并非都能应用于新的现场。“这儿有很多已经安装好了的设备，就算是提出了再好的解决方案，也不可能取代这些设备。”Alex Johnson说道。
Sweet认为现在来完成这两个挑战并不困难。一方面，有越来越多的工具可以用来桥接不同网络；也可以通过第三方提供通讯协议栈来保证链接的安全性和可靠性。他同时指出，类似EDDL的协议能够提供更好的共用性，从而使主控系统能在不同网络上与多种设备进行通讯。此外，FDT组织的工作也在提高各网络间的统一协调性方面颇有成效。
各标准间表现出紧密合作的态度的时间还不长，像EDDL，仅有几年的历史。这种标准间的合作得以推广的部分原因就是由于降低成本的需要，这也同时推动了新的网络技术的发展和应用。
就Invensys公司而言，Johnson认为解决的方案是对传统的和智能的I/O，以及SCADA产品和智能设备的协议和总线，建立一整套标准接口。通过对物理和逻辑通讯层的标准化来实现标准化数据的传输、报警和通知，以及系统的诊断和配置，所以每个应用都能获得标准格式的数据。在利用FDT技术对系统进行配置和诊断时，也会涉及到软件的标准化。Invensys公司也一直积极参与OPC-UA的发展工作，采用OPC-UA架构支持在过程控制中提供Web服务。
其他设备供应商也参与和支持这项工作。例如Emerson Process Management和Siemens Automation and Drives共同最近公布一项技术交换计划，预定于2007年中期，Siemens和Emerson的控制产品都将同时支持FF和Profinet总线标准。同时，这两大产品集团将努力实现EDDL与OPC-UA相结合以用于总线间数据交换。在两大公司宣布共同努力的声明的同时，Siemens A&D的董事Anton Huber指出这种整合将特别有利于混合型的网络环境，他说：“用户可以在多种过程仪表中自由选择那些具有适合相应控制系统的接口的仪表。”
卷烟，光盘 这里有一些关于网络如何在实际工作中集成使用的例子，例如在水厂，光盘制造厂以及卷烟厂。每个厂都有他们自己不同的要求，也都找到了独特的且非常适用的解决方案。
位于美国东南部的一个水厂，通过200,000个服务站向方圆1,500平方公里的700,000个居民点供应净水并处理污水。它不仅要满足日益增加的用水需求，还必须对不断增加的污染物实施测试分析，目前已有了200多个这样的实时监控点。出于控制和上报的需求，该水厂安装了一套Invensys DCS和一套无线SCADA网络。当八个网络集线器接收到从155个配置了Modbus协议的PLC现场远程站以900MHz频率发出的无线信号时，23个应用工作站也同时在T1线路上以TCP/IP协议进行通讯。
Invensys公司的Johnson先生指出，该水厂的控制系统需要的是可靠性，而不是冗余的实时控制。对于一些关键的工艺过程，例如酸碱度调整或加氯处理，必须独立于现场的处理站或者泵站，但配置信息，历史数据以及维护数据在23个工作站之间是共享的。通过DCS系统记录下来的值与远方现场采集来的值之间的映射实现了数据的软件共享。这套控制装置的优点是能够大大节约生产操作和报表上报的时间和成本。
PTO的Henning举了一个使用不同厂家PLC控制器（包括Omron，Siemens，Sharp，Rockwell Automation和Mitsubishi）的光盘生产厂的例子。该厂以Profibus和DeviceNet作为的他们现场总线系统。并通过代理服务器，在不同控制器之间进行通讯，OPC服务器能够准确无误通知某台机器在生产流程中下一步何时该运行和何时该停车。
“Profinet通过软件代理服务器可以将不同种类网络和设备集成在一起。这些代理服务器也可以看作翻译器，通过它可使工程应用中不同品牌的硬件设备在网络中被看作同一类设备。”
Carl Henning
Profibus Trade Organization
节约33%的工时
Henning指出，这样可以节约33%工程耗时，提高故障检修率，并把试车时间缩短到四周。由此可见，节约是可观的。
最后，举一个例子，这是Prism Systems公司的Jones非常熟悉的项目。一个雪茄自动生产厂在最后紧急关头邀请Prism Systems公司去挽救一个自动控制项目。开始时，摆在Prism Systems公司面前的是一大堆杂乱的PLC，而且已经没有时间把它们联网起来。除了对一些已经使用了AS-i和相似的低端网络的现场外，Prism Systems公司对整个系统打算采用西门子公司的Profinet的解决方案。主数据网络的选择很大程度上取决于软件的实用性，实用的软件能够把工作简化。Jones解释说：“这样能使目标变得明确，而且可以将整个系统的通讯统一起来。”
“不同设备和网络的集成，是通过在H1和HSE协议中都定义了的特殊的柔性功能模块来完成的。通过柔性功能模块可将外部设备节点映射成H1和HSE网段上的设备。”
David Glazner
Fieldbus Foundation
由于不用编程，Prism的工程师节省了20%的程序调试时间，因此他们可以按时、快速的完成该项目。雪茄厂厂长很清楚，该项目的实施降低了生产时间，减少了劳动力，增加了产量，并由于部分使用了RFID 标签系统，从而更好实现了的生产过程跟踪。
在Jones看来，不同供应商提供的网络和产品的混合使用是标准化网络发展的自然产物。“这就是你要开始使用开放式网络的原因之一，因为它适合于使用多种不同设备供应商所供产品的项目。”Jones说道。
翻译：涂煊
更详细资料可登陆下列网站：www.fieldbus.orgwww.fdt-dtm.netwww.us.profibus.comwww.odva.orgwww.opcfoundation.orgwww.honeywell.comwww.invensys.com/acswww.emersonprocess.comwww.sea.siemens.comwww.prismsystems.com