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把握技术与标准赢得先机--关于当前工业控制机技术发展前景的探讨(2)

信息来源：zhenghao 上传日期：2003-03-06 点击率：2235次

工业以太网主导现场总线：以太网技术是未来控制网络的最佳解决方案工业以太网是指基于Internet技术的以太网 　　现在，工业以太网技术已经成为现场总线中的主流技术和发展的关注焦点。在国际上,也已经有多家组织机构在从事标准化工作。我国在工业以太网方面起步也不算晚，特别是浙大中控等单位已经做了大量工作,并取得了阶段性成果,开发出了基于以太网技术的现场通信模块和部分现场设备原型,在国内首先提出了EPA网络通信技术,在工业以太网的部分关键技术(如实时性、总线供电、远距离传输)等难题方面做出了出色成果。同样,国家科技部在200l年9月发布的“过程自动化系统”专题的两项重点课题的另一项,就是基于高速以太网技术的现场总线控制设备。目标是研究应用于工业控制现场的高速以太网关键技术,包括以太网通信实时性、总线供电、本质安全、可互操作性、远距离传输、抗干扰性和可靠性等,并研究开发基于以太网技术的现场设备、网络化控制系统和相应的系统软件。以太网技术是未来控制网络的最佳解决方案,以太网一直延伸到企业现场设备控制层(即一网到底)，这是控制网络发展的必然趋势,也已成为许多专家的共识。施耐德的透明工厂就是一典型范例。然而,在和同行的交流中,感到有几个问题需要提出值得讨论。一.工业以太网不是仅指只有物理层和链路层的Ethernet,而是指基于Internet技术的以太网,即thernet+TCP/UDP/IP+应用层。这里,在传输层采用UDP比TCP协议更能满足实时性的要求。二.在不少文献上都有此种说法：采用带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD),以太网被认为是一种非确定性的网络,其实时性、确定性不好。但是,以太网在发展到今天的交换式以太网时,这种问题已经得到解决。对于上述问题将如何解释呢？其一,清华大学自动化系陈嘉、尔桂花的文章《自动化系统底层通信网络的以太网实现》中,用数据做了解释：在10OM时,一个时间槽siotTime=4.88微秒；在负载较轻时,冲突次数不会超过5次,这样,由于冲突产生的延迟时间,可以控制在l56微秒之内。因此可以认为,在轻负载运行下, 以太网可以满足实时性要求,不确定性的冲突所造成的冲突回退,往往并不会产生过大的延迟时间。其二,以太网在负载达40%以上时,才会有明显的冲突,典型工业控制的负载为：lOM，5%；10OM,0.5%。因此,冲突的概率很小,上述设定的冲突次数为5的条件,实际上是非常保守的。　　其三,所谓交换式以太网,可以将一个较大的网络分隔成为各个相对独立的冲突域,冲突只能在一个相对较小的区域内发生,从而会明显地减少冲突发生的概率。三、工业以太网的第1-4层已经确定,当前的研究工作主要在两个方面：一是应用层不同协议的封装,当前国际上已有几家组织机构联合起来,企图解决互操作性问题,我国在这方面也做了不少工作,希望是开放式的,以便解决与国际上工业以太网的互操作性问题,二是如何适应工业环境问题,这里也有许多文章可做。 CPCI成为新一代工控机总线： CompactPCI是一种新的开放式工业计算机标准 CompactPCI最具吸引力的特点是热插拔 正如上述，IPC工控机是在PC机的基础上,在机箱、结构等方面作适当改造,保留了PCI-ISA总线的有源底板,开发和扩充了系列工业I/O模板而构成。自l993年以来,由于PCI总线的开放性、高性能、低成本、通用操作系统等方面的优势,使其得到迅速的普及和发展。但是,这种PCI-ISA底板总线的工业控制计算机尚有不足,还难以用于有严格要求和高性能需求的场合。为此,主要由原来从事STD总线工控机的厂商, 如Ziatech、Pro-Log和Intel等,在PICMG(PCI工业计算机制造商协会)支持下,制定PCI-ISA总线的无源底板标准和处理器板标准,即CompactPCI。其出发点在于,改造PCI标准,使其成为无源底板总线的结构。 CompactPCI是一种新的开放式工业计算机标准。它是PCI总线技术和成熟的欧式卡组装技术的结合,采用CompactPCI既能吸收PC机最新的技术成果,又具有满足通信和工业实时应用所必须的更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护的优点。在成本上,其产品往往低于同等功能的VME产品,但略高于通常的IPC产品。目前,已经发布了CompactPCI规范2.OR3.O版。CompactPCI最具吸引力的特点就是热插拔(Hot Swap)。这意味着一个模板能够在不切断电源的情况下,从机箱内拔出或插入,依靠先进的软件,系统能够自动调整配置。热插拔一直是电信应用的要求,也为每一个工业自动化系统所渴求。 CompactPCI热插拔的实现是：在结构上采用三种不同长度的引脚插针,使得摸板插入或拔出时,电源和接地、PCI总线信号、热插拔启动信号按序进行；采用总线隔离装置和电源的软启动；在软件上,操作系统要具有即插即用功能。PICMG与微软公司合作,使得Windows NT5.0具有此功能。热插拔是一个热门课题,也是一个复杂的问题，许多PICMG成员单位作出了巨的努力，PICMG的原版本经过改进,2001年1月发布了多计算机2.l4R1.0版和热插拔规范2.12R2.0版；2002年l月发布了热插拔基//3b3.org/c.js>

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