在工业自动化领域,从前的现场总线大战导致各层次用户根据物理距离、运行速度、实时功能等特殊需求采用了多种应用标准。
当前主要的IEC标准工业网络包括:Profibus/Profinet、Foundation Fieldbus、ControlNet、MODbus、HART等共计15种,其中不少仅在欧洲获得认可。
为拓宽应用范围以及实现与众多供应商产品的兼容,大部分专用网络已转为“开放式”标准。随着这些标准在各类工业环境中的普及,各大自动化厂商普遍宣称支持各类主要标准,以为其客户以及终端用户提供产品的兼容性。然而,市场竞争仍然存在于提供相关解决方案的主要供应商与独立现场仪表制造商之间。虽然如此,每个供应商均支持自身的专利性产品。
现场设备集成可采用电子设备描述语言(EDDL)或现场设备工具/设备类型管理器(FDT / DTM)技术。虽然支持FDT / DTM并非放弃EDDL,因为EDDL文件与DTMs协作可提供所需系统功能,但此类技术及营销优势仍有待进一步探究。
在笔者看来,EDDL和FDT / DTM间的差异并非技术层面,而主要源于大公司为了保持领先地位,不愿容许他人通过技术“捷径”参与。对于两大标准的深度探讨仍在进行,其中微妙之处的冲突,除了称之为“混乱”,别无他词能解。故现场总线大战以习以为常。
预计工业自动化业务中的无线网络将呈现显著增长,因此过去数年工业无线已成为主导标准。无线网络在工厂和加工厂的重要性同等于互联网在商业环境中的地位。正如互联网使得数字信息无处不在,传感器和执行器网络可实现实时监测、控制和与物理世界的互动。
工业网络必将迅速融入标准厂房及办公室WiFi、WiMAX和宽带IT网络体系。大型网络供应商思科等正在将IT和自动化领域加速整合,已进入工业自动化领域,希望将覆盖范围由厂房和工厂扩大。
值得注意的是,尽管过程自动化专业主要关注传统现场设备的无线功能版本好处,但在工业自动化应用中无线技术的潜在应用范围却相当广泛且更深。大量的测量和控制应用都可用通用无线实现,这无疑将有助于市场规模大幅扩大。
无线标准持续不断的争议和延迟实为促销策略,旨在满足大型自动化厂商旨在细分市场的战略需求。
艾默生等企业主要聚焦于现场设备的无线标准。而霍尼韦尔等公司则希望建立更广义的线性测量和控制产品、整个加工工厂,以及对无线通讯要求广泛装置和系统的标准。
2007年,WirelessHART被正式宣布为专为过程测量和控制现场仪表设计的首个开源无线通信标准,此规范是由自动化产业内多家大公司协同努力的成果。
自愈网状网络的理念源于Dust Networks的WSN(无线传感器网络),其中的TSMP(时钟同步网协议)构成了无线HART标准的基石。基于HART现场设备的厂商可快速研发出兼容的无线版本,完成对现有硬连接HART设备的无线升级,此举将驱动一个庞大的市场。
然而,霍尼韦尔等公司对此表示异议:行业需等待尚未完善的ISA - 100标准,此标准预计能涵盖各种协议如HART、Profibus、 CIP及Foundation Fieldbus,而不止限于WirelessHART。
首次争议之后,ISA与HART共同设立了技术委员会,以审视WirelessHART技术契合ISA目标的程度,以及能否融入所谓的“ISA—100标准系列”。至今,包括51个成员的委员会和委员会秘书处仍未达成共识,导致“无线战争”持续延宕。
这与二十年前的IEC标准颇有些相似之处,当时有超过15种工业网络协议屹立不倒,作为“标准”。无疑,“无线战争”最终也会以此类方式得以解决。
以太网如今已是无处不在。从商业环境、工厂至过程自动化乃至设备,无不在运用以太网。其优势在于,任何速度下的平均传输速率都会以非线性方式降低,但由于数据冲突与重传,设备响应时间无法得到保证。
以太网能否进军下一层已成为了受各方关注的实时问题。它具备许多明显的优势,特别是确定性、速度与优先性。针对多数工厂自动化应用,100 Mbps以太网足以满足需求。因此,无可置疑的是,以太网完全可用于构建确定性、开放且经济的自动化网络解决方案。
一些业者倡导工业以太网。此种形式的以太网并非简单地将工业协议与TCP / IP实时扩展对接。其基本属性为无论速度如何,其平均传输速率皆会以非线性方式减少。由于数据冲突与重传,设备响应时间难以保证。
以太网究竟能否渗透至下一层,实乃值得深入探讨的现实问题。人们普遍认为,以太网具有明显优势,首先表现为确定性、速度与优先性。例如,罗克韦尔自动化、西门子等传统工业自动化厂商明确表示,其70%至80%的自动化产品均可连接以太网。
显然,自动化和控制产品必须具备以太网连接功能。在此基础上,问题的重点则转向了究竟应当直接连接至以太网,抑或通过源自久远的工业网络进行间接连接。
必须明确的是,以太网本身并不能确保两台设备间的互通。在应用层,必须采取兼容措施。要实现此目的,需要有一套共同的数据模型,以便实现一台设备上应用层软件的转移至另一台设备上。
众多源自传统工业网络的厂商正逐渐走向混合式形态,此现象似乎预示着未来趋势将向混合型系统倾斜。在笔者看来,愈来愈多的用户将倾向于选择工业以太网解决方案,并直接连接至输入/输出层。