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工业以太网——徘徊理想与现实之间

2006-08-19 00:00:00

       就在两三年以前,当各大媒体、各个供应商纷纷炒作工业以太网概念的时候,广大用户还只是怀着好奇的心态关注着这一新兴的技术。如今,随着市场的日趋成熟,越来越多的用户已经逐渐意识到这一技术将带来的巨大利益和强大的竞争力,越来越多的用户开始询问怎样解决自身的自动化问题,对怎样做产生了浓厚的兴趣。那么,就让我们再次审视一下用户的需求趋势以及在此基础之上的工业以太网的现状和未来。
       从1990年到今天,自动化技术也发生了重大的变化。在这短短的10年里,绝大多数自动化技术或产品的生命周期由原来的超过9年变成为不足7年。今天的一个项目,初始投资金额仅占总体投资的25%,而大量的规划后续成本和不可预见后续成本已经占到了75%。这就意味着传统的封闭式的规划、设计思路已经远远落后于时代,供应商必须着眼于开放,并通过集成创新来推动前进的步伐。
       另一方面,我认为未来用户的自动化系统终将需要获得通用的
系统平台、分布式模块化的系统功能和分散智能、产品小型化以减少控制柜尺寸、管理控制的一体化等等,从而最终实现全面集成的自动化和信息化。因此,未来工业通讯系统必须具备:无缝、透明集成的通讯、实时解决方案,分布式自动化的体系结构模型,能够集成各种现场总线的模型,能够集成世界主要的PLC厂家 (例如Siemens, Rockwell, Schneider)和可靠的安全装置。
       从技术上来看,随着近年来快速以太网、交换式以太网、环网冗余等技术的发展,以及以太网产品设计的进步,工业以太网面临的确定性和实时性、稳定性和可靠性,以及安全性、实时域与非实时域的隔离等一系列问题,已经逐步得以解决,一些领先厂商甚至已经推出了I/O级的以太网产品,似乎一网到底的梦想即将实现。
       然而,我们也不难发现,现实中很多用户还远未达到应用以太网完成现场通讯的水平,甚至现场总线的推广还困难重重。残酷的现实背后,既有市场的原因,也有技术的原因。
       首先,目前缺乏统一的工业以太网硬件标准。在工业以太网线缆,接插件等方面均无统一标准。其次,缺乏统一的工业控制应用层协议,由于以太网技术规范只定义了物理层和数据链路层,在其上的网络层和传输层协议,目前以TCP/IP协议为主,而在与用户应用程序接口的应用层协议中,数据结构等特性不适应工控的实时通信。因此,还要有个统一的应用层规范。再次,实时性控制问题。虽然目前以太网的发展取得了本质的飞跃,产生了高速(100M)和千兆以太网,并且广泛采用交换机和全双工、信息优先级等技术来避免冲突和碰撞,改进容错技术等。但在应用过程中,还是要求谨慎地控制和核算系统的负荷,应控制在25%以下,以保证系统的可靠性。
       另外,除了以上提到的技术层面的问题,更加现实的是现有底层智能仪器仪表的开发或者改进问题,必须使其能够支持以太网接口和TCP/IP协议。以太网在工厂底层的应用,依赖于大量支持以太网接口和TCP/IP协议的底层智能仪表的出现。而目前国内企业的传统仪器仪表占绝大多数,数字化、智能化仪表的普及仍然有待时日。这也是目前以太网技术根基不稳的原因之一。
        因此,就目前所见,现场总线和工业以太网将会并存多年。事实上,现场总线+以太网,即所谓的FIELDNET体系结构已经开始被一些行业接受。但最终我们可以预测,工业以太网在未来的5年将会有每年30%-40%的复合增长率。在中国市场,也将会有更大的增长率,只是实现这个增长可能会比全球推迟2-3年。
 







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