現場總線標準化進程
8種現場總線經過14年的紛爭，最后IEC的現場總線標準化組織經投票，通過以下這8種現場總線成為IEC61158現場總線標準，即：FF H1，Control Net，PROFIBUS,INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，FF之高速Ethernet即HSE。其中，P-Net和Swift Net是專用總線；Control Net，PROFIBUS,Wold FIP和INTERBUS是PLC發展而來的；而FF和HSE是從傳統DCS發展而來的。這8種現場總線采用的通信協議完全不同，因此，要實現這些總線的兼容和互操作是十分困難的。
由于各生產廠商要盡可能地控制市場份額，保護各自過去的投資利益，經過14年的長期急診而意見難以統一，于是各自退回原地，開展了一場保衛各自“領地”的戰斗。目前，這8種現場總線都在各自修改其應用層協議，支持IEC61784規范，爭取通過高層協議以達到相互兼容之目的
。如2002年完成工作，將使IEC61158成為一個基本統一的、由多部分組成的標準。
眾所周知，最早的氣動單元組合儀表采用0.2~1.0N/cm2統一標準化氣動信號，電動單組合儀表采用4~20mA標準化信號互聯，任何廠家的產品均可以實現互聯，這兩代儀表系統都得到健康發展。面現場總線由于來自不同產品和生產廠家，經14年爭論也無法達成統一，多標準等于無標準。市場迫切需要統一標準的現場總線控制系統。只有通過制定新標準才能實現，為了加快新一代系統的，人們開始尋求新的出路。
幾種可能的出路是：
出路一 各種現場總線統一到1~2種。IEC61158的產生本身就說明這種可能性很小。
出路二 開發所有現場總線通用的接口，成本較高且難度較大。
出路三 各國不理睬IEC61158，采用自主知識產權的協議。主不符合經濟全球化發展趨勢。
出路四 采用已經是通用的國際標準Ethernet、TCP/IP等協議，并使其在工業體育場成熟應用，易于被廣大國家用戶、集成商、OEM及制造商接受和歡迎。
Ethernet在工業自動化中應用的若干問題
Ethernet進軍工業自動化的主要動力是：①成本低；②速度的提高，因普通遍應用所形成的硬件資源、軟件資源和廣泛支持。Ethernet是世界上應用最多的網絡，超過93%的網絡節點為Ethernet。
Ethernet用于工業自動化有以下4個問題需要解決。
1． 實時性問題
實時性就是信號傳輸足夠快加上確定性。Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測方式，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求。Ethernet發展的現實是：
交換式100M Ethernet已廣泛應用，能提供足夠的帶寬和減少沖突。
全雙工網絡和具優先權的傳送機制得保證確定性。
典型的工業應用，峰值負載為10M Ethernet的5%，在100M Ethernet網絡負載為0.5%，而Ethernet只有當負載達40%以上時才會有明顯的延遲現象。
在100M Ethernet網中，發送一個包延時超過2ms的狀況，5年也不會發生一次。美國電力研究院的實驗結果可保證4ms以內。
2． Ethernet如何滿足現場環境問題
Ethernet所用的接插件、集線器、交換機和電纜等是為辦公室應用而設計的，不符合工業現場惡劣環境的要求。在工廠環境中，Ethernet抗干擾性能較差。若用于危險場合，它不具備本安特性，也不具備通過信號線向現場儀表供電的性能。
隨著網絡技術的發展，上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定地工作的問題，美國Synergetic微系統公司和德國Hirschman公司專門開發和生產了導軌式收發器、集線器和交換機系列產品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構。
美國NET silicon公司研制的工業Ethernet通信接口芯片，每片價格已降至10~15美元，與各種現場總線芯片相比，具有很大的價格優勢。
現在的工業Ethernet現場總線采用一種稱為連接裝置（linking device）類似帶開關的集線器結構，很好地解決了Ethernet的時間確定性問題。目前，PROFIBUSDeviceNet,ControlNet和LonWorks等都打算使用Ethernet。這些公司都在研究通過隧道（Turnel）的簡單傳輸機構，使用Ethernet傳送報文。
3． 在工業控制中使用Ethernet如何獲得技術支持。
由于采用與商用Ethernet相同的技術，因此具有最廣大的支持網絡和資源。
為了促進Ethernet在工業領域的應用國際上成立了工業Ethernet協會（www.lndustrial.Ethernet.com）和IAONA（www.iaona.com），并與美國ARC Advisory Group AMR Resesch研究中心和Gartnet Gronp、AMR Reseach研究中心和Gartner Group等機構合作，開展工業Ethernet關鍵技術的研究。美國電氣工程師協會（IEEE）正著手制定現場裝置與Ethernet通信的新標準該標準。該標準讓網絡直接看到對象（object）。這些工作為Ethernet進入工業自動化的現場級打下了基礎。
為適應市場趨勢全球主要自動化廠商和組織加強了工業Ethernet實現。
法國施奈德公司：4年前推出透明工廠戰略，使其成為工業Ethernet應用的堅決倡導者。ModbusTCP/IP（1998）是目前工業Ethernet事實了標準，并促進Ethernet在傳感器和設備級的應用。
德國門子公司：1998年發布工業Ethernet白皮書，并于2001年發布其工業Ethernet的規范，稱為PROFINET。
美國洛威爾自動化公司：2000年發布工業Ethernet規范，稱為Ethernet/IP。
基金會現場總線FF：2000年發布工業Ethernet規范，稱為HSE。
4． Ethernet與網絡安全問題
在工廠運用互聯網技術并不意味著工廠網絡一定要連接到互聯網。采用網絡的工廠，連入互聯網均使用TCP/IP。這樣就面臨互聯網類似的安全問題。
安全隱患：病毒、工業間諜、黑客、軟件BUG、恐怖主義。
黑客的動機：金錢、信息、恐怖主義、破壞、政治等，工業現場相對較少吸引力。同時，黑客行為是高技術的，有費時費力費錢的代價。
物理連接管理提高安全性：PLC操作系統是專有的，不易受到黑客、病毒的侵略。
RAS、VPN提供遠程訪問：硬件身份識別。
可提供多種安全機制：用戶密碼、數據加密、防火墻等。
隨著生物信息技術的發展，指紋、聲音等生物信息將提高網絡的安全性。
基于TCP/IP的Ethernet在工業自動化中的應用
Ethernet僅僅只有物理層和鏈路層規范，它通常與TCP/IP等平臺無關的協議結合應用。我們所指的Ethernet實際上是指基于TCP/IP協議的Ethernet，即Ethernet/IP
。過去，以生產PLC為主的公司都使用Ethernet完成信息級通信，其中，西門了公司的SIMATICNET將Ethernet應用到車間級，并有向下層通信的趨勢。隨著FF HSE的開發成功，Ethernet將廣泛應用于工業控制系統的監控網絡。特別令人感興趣的是，國際上有些公司已推出了完全以工業Ethernet為基礎的控制系統，其工廠級、監控級和現場級均采用基于TCP/P通信協議的工業Ethernet，配備Wed server功能，而且這種趨勢愈來愈明顯。人們預測，像當年工業PC進入工業自動化領域一樣，Ethernet/IP將會十分迅速地進入工業控制的各級網絡。
基于TCP/IP的Ethernet構成的工廠網絡的最大優點是將工廠的商務網、車間的制造網絡和現場級的儀表、設備網絡構成了暢通的透明網絡，并與WEB功能相結合，與工廠的電子商務、物資供應鏈和ERP等形成整體，這就是施奈德的透明工廠概念。
所謂透明工廠，即基于開放的Internet和Ethernet，實現：
開放的商業化技術的應用OPC servers,Ethernet,Internet,IEC1131;
基于IT/Internet技術的產品開發 嵌入式網頁服務器和瀏覽器提供對PLC數據的訪問時間和可視化；
采用開放的網絡策略 TCP/IP，物理層Ethernet；
創建現有的PLC作為“內容提供商”嵌入式服務器插件和OPC server。
Ethernet及其應用層協議――Ethernet/IP
按照互聯網參考的7層協議，Ethernet只提供了物理層和鏈路層協議，且通常與TCP/IP等協議結合應用。由于應用層協議不同，因此難以保證其互操作性。
傳輸控制協議/網際協議（TCP/IP）是Internet的網絡層和傳輸層協議。在商業領域，它的互操作性由Internet的應用層的文件傳輸（FTP）、終端訪真（Telnet）、電子郵件（SMTP）和他公共協議保證；在自動化領域，尚無標準的應用層，各自動化廠商都有自己的應用層，如Mod bus Ethernet TCP/IP就是一種應用層協議。
為了在不同的網絡設備中實現互操作，公共應用層是。當前，多個組織正在為工業自動領域的
TCP/IP定義公共應用層協議。特別是將Ethernet用于現場設備級，是當前的熱點課題。例如，面向制造
自動化的Ethernet，產生了一種基于控制和信息的協議（CIP）的新型Ethernet――工業實時Ethernet。
這是為傳輸控制協議/用戶數據協議/協議（TCP/UDP/IP）定義的、基于主機/客戶機的控制和信息協議。
Ethernet的CIP稱為Ethernet/IP。
CIP是專為工業控制設計的應用層協議，提供了訪問數據和控制設備操作的服務集。它采用用戶數據協議/網際協議（UDP/IP）和傳輸控制協議/網際協議（TCP/IP）作為Ethernet網上的控制和信息協議，允許發送顯式（信息）和隱式（控制）報文。其中，隱式報文是對時間有苛刻要求的I/O信息（事件觸發、控制器互鎖等），通過UDP/IP完成的隱式報文中數據區包含實時I/O數據（CIP的控制部分）；顯式報文是無時間苛刻要求的點對點信息，可由TCP/IP完成（CIP的信息部分）。CIP向終端用戶提供了自動化系統必不可少的控制、組態、數據采集服務功能。為面向自動化領域提供了Ethernet網上的工業自動化設備的互操作性和可換性。
最近，著名的工業通信技術國際組織――ODVA和PI在美國德州休斯敦新聞發布會上發表公開信，聲稱他們迄今為止相互競爭的現場總線――以太網解決議案要在OPC建議的DX協議下彼此協調以推進標準化工作。特別是就定義工業以太網的功能和互操作性達成共識，并將以下方面作為工作重點：IP地址即插即用互操作的通用策略、裝置描述和恢復機制；網絡診斷議案；指導使用WEB技術；一致性測試需求；產生一種應用接口，以消除協議間的差異。
OPC DX是一個開放的解決議案，允許當今市場上存在的標準：FF的HSE/H1、ODVA的CIP及PI的PROFINET相互并存。OPC DX標準提供了可互操作的數據交換和在以太網上報務器對服務器的通信。它是已存在的OPC數據訪問規范的擴充，它還擴充了運行時間內的數據共享交換及實時協議應用的獨立性。利用擴充的OPC接口，可以協調和互聯不同現場總線組織的不同協議。OPC DX規范和源碼在2001年12月份公布，來自多個生產廠商的原型在2002年4月出現。
Ethernet作為為總線的前景、困難以及對策
1． Ethernet作為現場總線的前景
自動化系統和管理管理的進一步融合，WEB技術和無線等應用促使自動網絡采用通用的Ethernet。
主流自動化廠商對Ethernet工業應用的積極態度將起到強大的推動作用，同時也緩解總線之爭的負作用。
Ethernet本身的迅速發展，在性能人價格上還有很大的改善空間。
Ethernet，TCP/IP本身未解決互操作性問題，但為之鋪平了道路。
在單元和模板以上，Ethernet已具有優勢。在傳感器級別，性價比還不具競爭力，有大小用之嫌。
在儀表等領域，Ethernet要滿足本安型應用有一定難度，也很難滿足對儀表供電等要求。市場集中度進一步提高，Ethernet有顯著增長。主要廠商目前的動態表明，對Ethernet的預期仍然保守。
2． 促進工業Ethernet應用對中國產業界的影響及建議
由于國對總線之爭未付出大的代價，同時也沒有一種總線在中國占壓倒性優勢，跟蹤并采用國際光先進和技術可以發揮后發優勢，迅速縮短與發達國家的差距。
采用開放、免費并且知識產權限制的技術Ethernet和TCP/IP，可以節約資金，減少技術的領帶性，并有得自主知識產權技術的開發。
減少專有網絡的影響，有利于形成公平的市場競爭環境有利于中國與國際接軌，降低項目投資費用。采用Ethernet和TCP/IP等開放的技術，可以促進WEB自動化等更先進技術的和模式在中國的應用有得制造業中間件軟件市場的形成，為中國參與下一波國際技術競爭創造良好的條件。
