彭  瑜

1  以太網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展
信息技術(shù)正在如火如荼地推動(dòng)各行業(yè)的發(fā)展，這就為以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步的高速發(fā)展注入了強大的推動(dòng)力。10Mbps的以太網(wǎng)傳送1 518字節需要的時(shí)間不大于1.2毫秒，而1 000 Mbps的以太網(wǎng)只要用12微秒。在以太網(wǎng)上傳輸多媒體信息（圖象/聲音）要求時(shí)延不大于20~30毫秒。
隨著(zhù)百兆網(wǎng)(100Mbps)、千兆網(wǎng)(1Gbps)的普遍使用，現在萬(wàn)兆網(wǎng)(10Gbps)業(yè)已問(wèn)世。萬(wàn)兆網(wǎng)的標準IEEE 802.3ae《10Gbps操作運行的介質(zhì)存取控制參數、物理層和管理參數》（Media Access Control Parameters，Physical Layers and Management Parameters for10Gbps Operation）已于2002年6月18日正式頒布[1]。它為以千兆網(wǎng)為光纜、全雙工主干網(wǎng)的升級，提供了直接的途徑。萬(wàn)兆網(wǎng)可用于LAN、WLAN和MAN（城域網(wǎng)，因采用單模光纜其長(cháng)度可達40公里）。IEEE關(guān)于以太網(wǎng)實(shí)時(shí)能力的標準IEEE 802.1D/P 以及關(guān)于交換式以太網(wǎng)技術(shù)的標準IEEE 802.1Q，早在1998年年底就已得到驗證。利用集線(xiàn)器Hub實(shí)現以太網(wǎng)冗余的技術(shù)已經(jīng)成熟。除用雙絞線(xiàn)傳輸信號外，還利用另一對雙絞線(xiàn)供電的以太網(wǎng)標準IEEE 802.3af也正在制定中，目前非正式文本已經(jīng)公布。
為適應多媒體通信的要求，以太網(wǎng)TCP/IP的數據幀由原來(lái)的1 518字節增加至1 522字節，這4個(gè)字節中有3位用來(lái)定義聲音、圖像、數據文件和e-Mail在傳輸中的優(yōu)先權，還有12位用作虛擬局域網(wǎng)（VLAN）的識別碼^[2]。
由于以太網(wǎng)是一種規?？纱罂尚〉木W(wǎng)絡(luò )技術(shù)，通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行網(wǎng)段細分(micro-segmenting)，即全雙工端口交換，可以用一種簡(jiǎn)單的方式向用戶(hù)提供他們所需要的帶寬，并且平衡所有網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò )設備的帶寬需求^[3]。因此，解決了以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信要求，保證了通信的確定性。這就為以太網(wǎng)技術(shù)用于工業(yè)控制和管理創(chuàng )造了前提條件。
以上這些都說(shuō)明已經(jīng)成熟的以太網(wǎng)技術(shù)還在向新的應用領(lǐng)域擴展。美國自動(dòng)化研究公司ARC預計，第二次以太網(wǎng)革命將在從現在起的幾年內完成。
在信息技術(shù)的推動(dòng)下，從控制系統到管理系統正在迅速走向一體化。ABB公司打出Industrial IT的旗號， Siemens公司提出的TIA（Total Integration Automation )，Rockwell Automation公司強調的電子制造e-Manufacturing，無(wú)一不是與以太網(wǎng)技術(shù)相聯(lián)系的。采用以太網(wǎng)技術(shù)，利于實(shí)現徹底的分散控制，可以實(shí)現遠程診斷和遠程維護，使以萬(wàn)維網(wǎng)為基礎的所有手段可毫不費力地移植到管控一體化系統中。采用以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP，可以完美地解決橫向通信及縱向通信在物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層采用統一的通信協(xié)議的問(wèn)題。
不少人向往以太網(wǎng)“一網(wǎng)到底”，即在信息層、控制層和現場(chǎng)層之間的縱向通信，以及在同一層（特別是現場(chǎng)層）之間各節點(diǎn)的橫向通信，都采用以太網(wǎng)技術(shù)，也在實(shí)施不同的技術(shù)解決方案。目前它的進(jìn)展如何，發(fā)展的趨勢可能是怎樣的，這是本文想探討的。
2   以太網(wǎng)的時(shí)間確定性的解決
在工業(yè)控制系統中，通信網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間確定性是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送的數據必須在預先確定的時(shí)間內從源傳送到目的地。如果在一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統中，PID調節模塊經(jīng)由總線(xiàn)從現場(chǎng)變送器采集測量數據，再將運算結果傳至調節閥，而筆者設定的采樣時(shí)間是確定的，且不受網(wǎng)絡(luò )傳送其它數據的影響，這樣就能保證PID調節回路以預先規定的固定周期完成對該參數的控制。對于這種有實(shí)時(shí)控制要求的系統，通常要求網(wǎng)絡(luò )從某一節點(diǎn)到另一節點(diǎn)的時(shí)間延遲要小于2~4ms。按照Siemens的觀(guān)點(diǎn)，自動(dòng)化領(lǐng)域多年的經(jīng)驗表明，實(shí)時(shí)通信的刷新時(shí)間和響應時(shí)間必須在5~10ms的范圍內^[4]。所謂刷新時(shí)間可理解為從設備A的應用程序產(chǎn)生一個(gè)變量，通過(guò)通信線(xiàn)傳遞給對等設備B，再到設備B的應用程序可使用該變量為止所需的時(shí)間。
以太網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議，其解決通信沖突的方法本質(zhì)上不具有通信確定性的特性。因為在某一個(gè)節點(diǎn)搶先獲取發(fā)送權后，其它需要發(fā)送的節點(diǎn)只好等待，不斷地去偵測網(wǎng)絡(luò )是否不忙，僅當偵測到不忙時(shí)才可能去搶占發(fā)送權。這個(gè)等待時(shí)間是隨機的，不存在時(shí)間確定性。但以太網(wǎng)的高傳輸速率是其它網(wǎng)絡(luò )難以比擬的，為解決其時(shí)間確定性提供了良好基礎。
目前有幾種可行的方法解決這個(gè)問(wèn)題：
(1)  把網(wǎng)絡(luò )負載安排在合理的輕載范圍（例如30%以下），這樣由于通信沖突而產(chǎn)生的時(shí)間延遲可保持在2 毫秒以下。如Foxboro的I/A DCS系統的節點(diǎn)總線(xiàn)只允許掛32個(gè)節點(diǎn)，比標準IEEE802.3規定的掛1 024個(gè)節點(diǎn)顯著(zhù)地少，就是這個(gè)原因。
(2)  采用星型拓撲結構的、具有交換功能的智能式集線(xiàn)器。掛在該網(wǎng)絡(luò )上的每一個(gè)節點(diǎn)設備常駐于其自身的網(wǎng)段，而所有的網(wǎng)段均連接到交換式集線(xiàn)器上。該集線(xiàn)器提供緩沖存儲器，并具有偵測哪個(gè)網(wǎng)段需要傳輸數據的功能。這樣雖然通信存在延遲（不大于1毫秒），但通信沖突減至最低程度，從而可以達到通信確定性的要求。Hirschmann公司的Railswitch 系列就是這類(lèi)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品。
(3)  使用全雙工（Full-Duplex）通信模式。
(4)  采用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)。
與傳統的共享式以太網(wǎng)相比，交換式以太網(wǎng)雖然在形式上也是星型結構，但卻有本質(zhì)的不同（如圖1）：共享式以太網(wǎng)的構造與功能僅為一種物理層中繼器，因此在邏輯上仍可被認為是具有多個(gè)連接點(diǎn)的公共總線(xiàn)。換言之，連接到公共總線(xiàn)上的各節點(diǎn)服從CSMA/CD介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)方式進(jìn)行收發(fā)，所以難以避免沖突。而交換式集線(xiàn)器允許同時(shí)提供多個(gè)傳輸路徑，這意味著(zhù)掛在該網(wǎng)絡(luò )上的設備不再共享帶寬，顯著(zhù)地改善了傳輸能力。 

圖1  由交換式集線(xiàn)器組成的系統，每個(gè)端口就是一個(gè)沖突域

當然，正常工作時(shí)1個(gè)端口不能同時(shí)向1個(gè)以上端口發(fā)送數據幀（廣播或組播例外），1個(gè)通道也不能同時(shí)進(jìn)行雙向數據傳輸（全雙工數據傳輸例外）。各端口之間的信息流是被隔離的，僅當兩端口之間的通信通道建立，才可交互傳輸。由此可見(jiàn)，由交換式集線(xiàn)器組成的系統，每個(gè)端口就是一個(gè)沖突域，各沖突域間由交換器進(jìn)行隔離，并實(shí)現各沖突域的連接和數據幀的傳輸。這樣，交換器各端口之間可同時(shí)形成多個(gè)數據通道，數據幀的輸入/輸出已不再受CSMA/CDE介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議的約束。
如果一個(gè)10Mbps的共享式以太網(wǎng)掛40個(gè)節點(diǎn)，那么每一個(gè)節點(diǎn)被分配到的平均帶寬是0.25Mbps。若把這40個(gè)節點(diǎn)用以太網(wǎng)交換器平均分隔為8個(gè)網(wǎng)段，每個(gè)網(wǎng)段上5個(gè)節點(diǎn)與共享式集線(xiàn)器相連，此時(shí)這8個(gè)網(wǎng)段將分別占有10 Mbps的帶寬，而每個(gè)節點(diǎn)平均帶寬相應增加到2 Mbps，是共享式以太網(wǎng)的8倍。顯然，交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )性能得到了很大提高。
工業(yè)以太網(wǎng)交換器兼容于商業(yè)以太網(wǎng)交換器，為滿(mǎn)足工業(yè)實(shí)際要求還應考慮諸多方面：
 R 采用數據幀交換（直通交換、存儲轉發(fā)）；
 R 主要現場(chǎng)控制設備獨占一個(gè)端（10/100Mbps），監控計算機和服務(wù)器獨占一個(gè)高速端口或采用集合端口（100/1 000 Mbps）；
 R 主干線(xiàn)連接介質(zhì)應為100/1 000Mbps光纜；
 R 交換器的總交換能力滿(mǎn)足各端口處理能力需求的總和；
 R 雙電源熱備；
 R 若有冗余要求，應考慮設備冗余熱切換。
3  工業(yè)控制實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )必須處理的數據流的類(lèi)型
在工控網(wǎng)絡(luò )中所處理的數據流主要可分為兩類(lèi)：
  Ø實(shí)時(shí)數據
  Ø非實(shí)時(shí)數據(包括文件、程序）
其中，實(shí)時(shí)數據又可進(jìn)一步分為以下五種：
 v 信號
 v 命令
 v 狀態(tài)
 v 事件
 v 請求
工業(yè)控制的實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )必須處理的數據流的類(lèi)型有：
 v 信號：傳感器和變送器的測量值屬于信號類(lèi)，其特征是有效壽命很短，不斷地被改變和刷新。
對于若干重要信號，要求以足夠快的速度采集最新值，這比不漏掉采集每一個(gè)值更顯必要。
典型的信號數據流有以下不同的要求：
 ? 要保證其實(shí)時(shí)性質(zhì)的信號，即這類(lèi)信號的時(shí)間是最為關(guān)鍵的（time critical）；
 ? 信號具有等冪性質(zhì)（idempotent），可接受重復刷新；
 ? 信號的當前值最為重要，最新信息比重發(fā)已丟失的采樣值更重要。
“Time-critical”是“以時(shí)間為關(guān)鍵因素”的意思，用來(lái)描述一種具有時(shí)間窗口的應用。即在該時(shí)間窗口內，要求以確切定義的確實(shí)性水平，完成1個(gè)或多個(gè)規定的動(dòng)作。如果在這個(gè)時(shí)間窗口內沒(méi)有完成規定的動(dòng)作，將會(huì )引發(fā)使用的風(fēng)險，甚至會(huì )引發(fā)危及設備，危及工廠(chǎng)，乃至危及操作人員的生命的風(fēng)險。這就是工業(yè)通信系統的實(shí)時(shí)性為什么要使用“以時(shí)間為關(guān)鍵因素”這個(gè)詞的原由，也是工業(yè)通信系統在對實(shí)時(shí)性的要求方面區別于一般信息通信系統的顯著(zhù)特點(diǎn)。
 v 命令：許多實(shí)時(shí)系統必須處理一系列指令或命令。
命令數據流要求每一個(gè)命令按其先后順序可靠傳送一次，而且只能傳送一次。命令的傳送沒(méi)有時(shí)間確定性的要求，但不能丟失任一個(gè)命令，同時(shí)一個(gè)命令只能執行一次，不能執行兩次。
 v 狀態(tài)：狀態(tài)表示當前的狀況或目標，一般來(lái)說(shuō)對狀態(tài)數據流的要求沒(méi)有像對信號或命令數據流那么嚴格。狀態(tài)通常會(huì )保持一段時(shí)間；它不是只能傳送一次的關(guān)鍵參數，因此可以重發(fā)。
同時(shí)，它可能是有時(shí)間確定性要求的，也可能沒(méi)有這個(gè)要求；它可能要求可靠傳送，也可能沒(méi)有這個(gè)要求。
 v 事件：事件使當前的任務(wù)與外部操作之間同步。譬如當傳感器測得的參數到達其下限，此事件應立即啟動(dòng)某個(gè)任務(wù)的執行。事件數據可以伴隨相應的其它數據，也可以?xún)H僅是開(kāi)關(guān)量的數據。事件數據流往往對時(shí)序的要求最為關(guān)鍵，還要求足夠高的可靠性。
 v 請求：實(shí)時(shí)應用常常需要發(fā)出對數據的特定請求。請求包括兩部分通信，即客戶(hù)向服務(wù)器發(fā)送請求，以及服務(wù)器的返回響應。
弄清了通過(guò)通信傳輸的信息的性質(zhì)，接著(zhù)就要把注意力轉向采用怎樣的機制來(lái)滿(mǎn)足分布式通信的要求。這里有三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題要注意：
信息從哪里產(chǎn)生？
要把產(chǎn)生的信息發(fā)往何處？
在何時(shí)可以在哪里得到這些信息？
4  三種主要的通信結構
在現代通信技術(shù)中，有三種主要的通信中間件結構：
 w 點(diǎn)對點(diǎn)（peer-to-peer）
 w 客戶(hù)/服務(wù)器（client/server）
 w 發(fā)布方/預訂方（publisher/subscriber）
根據不同的通信要求，選擇不同的通信結構。
4.1  點(diǎn)對點(diǎn)的通信結構
點(diǎn)對點(diǎn)通信是最簡(jiǎn)單的形式。舉例說(shuō)，利用有線(xiàn)電話(huà)進(jìn)行通信就是采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行通信。一旦建立連接，就有一個(gè)適當的高帶寬與對方交談。如果用戶(hù)要求在同一時(shí)間與多個(gè)節點(diǎn)交談，點(diǎn)對點(diǎn)方式就不能滿(mǎn)足這種要求。因為有線(xiàn)電話(huà)通信本質(zhì)上屬于點(diǎn)對點(diǎn)通信。
在20世紀70年代，TCP被設計成為點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議：
v 它支持高帶寬，但若要求帶很多個(gè)交互式節點(diǎn)，就顯得很笨拙。
v 它支持高可靠性，萬(wàn)一數據包丟失可通過(guò)重發(fā)予以糾正。但重發(fā)的次數和頻率卻是全局的系統參數，應用程序難以控制。因此對于實(shí)時(shí)控制，TCP是不能滿(mǎn)足要求的。
另外，TCP不是確定性的。每次建立連接都要求專(zhuān)門(mén)的資源，需要花費許多時(shí)間；判斷是否分配那些資源也要花費不同的時(shí)間。再則，高性能的傳輸需要點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。由于每次連接都要花費建立時(shí)間和分配時(shí)間來(lái)維持資源，對于所增擴的數據分發(fā)，TCP不能取得很好的平衡。
4.2  客戶(hù)/服務(wù)器（C/S）通信結構
客戶(hù)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò )可以有幾個(gè)服務(wù)器節點(diǎn)，同時(shí)還可以把這些服務(wù)器節點(diǎn)連接到很多個(gè)客戶(hù)節點(diǎn)去。對于客戶(hù)的程序服務(wù)器有幾個(gè)中間件技術(shù)可用，如CORBA、HTTP、DCOM，以及OPC等。
若信息集中在一個(gè)節點(diǎn)，例如在數據庫、集中文件服務(wù)器、商務(wù)交易處理系統等，采用客戶(hù)/服務(wù)器通信結構可提供優(yōu)質(zhì)的通信性能。
如果信息不是集中產(chǎn)生的，而是在多個(gè)節點(diǎn)上產(chǎn)生的，使用客戶(hù)/服務(wù)器的通信結構其通信效率就很低。這是因為它要求所有的信息先發(fā)送到服務(wù)器上，隨后再分配到客戶(hù)中去。這樣做給通信系統帶來(lái)難以估計的延遲，客戶(hù)并不能知道需要多少時(shí)間它一定能收到信息。另外，客戶(hù)/服務(wù)器的中間件技術(shù)是在TCP的上層運用的，因此會(huì )導致前面提到的那些問(wèn)題。
顯而易見(jiàn)，客戶(hù)/服務(wù)器的通信結構并不是一種理想的分布式實(shí)時(shí)通信系統。
4.3  發(fā)布方/預訂方的通信結構
發(fā)布方/預訂方模型是復雜的分布式應用的首要方法。其中間件特別注重網(wǎng)絡(luò )編程和消息傳送的事務(wù)，極大簡(jiǎn)化了企業(yè)的應用開(kāi)發(fā)和因特網(wǎng)應用。中間件軟件商業(yè)化的目標是對準銀行、期貨和證券交易等大宗分布式系統的，它不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )對確定性、容錯、魯棒性和數據傳送控制的要求。當然，工業(yè)控制的分散、實(shí)時(shí)應用環(huán)境，也可充分利用發(fā)布方/預訂方模型。但需專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)適用于工控網(wǎng)絡(luò )的中間件軟件。
發(fā)布方/預訂方支持很多節點(diǎn)之間的直接而快速的數據傳輸。其通信網(wǎng)絡(luò )能操作處理復雜的信息流模式，將信息從接收器中分離出來(lái)。一個(gè)發(fā)布方/預訂方的中間設備層能操作網(wǎng)絡(luò )連接、故障和信息交換，并排除特殊情況。
發(fā)布方/預訂方的通信結構應該是一個(gè)或多個(gè)數據源（即發(fā)布方）向多個(gè)數據接收點(diǎn)（即預訂方）發(fā)送數據的最佳的解決方案。
發(fā)布方/預訂方的中間件結構代碼，提供對節點(diǎn)的簡(jiǎn)單存取，只要告知需要什么信息（預訂），隨后系統便會(huì )按節點(diǎn)的需要把信息傳送給它。使用發(fā)布方/預訂方的通信結構，節點(diǎn)可預訂它需要的數據，發(fā)布它產(chǎn)生的信息。在各通信節點(diǎn)之間形成點(diǎn)對點(diǎn)的直接通信。對于傳送大量其時(shí)間是最為關(guān)鍵的因素的實(shí)時(shí)數據的通信，運用發(fā)布方/預訂方的通信是最合適不過(guò)的。
發(fā)布方/預訂方的通信結構具有以下技術(shù)特點(diǎn):
 v 明晰的說(shuō)明和明確的傳送通信按三步進(jìn)行：
a  發(fā)布方說(shuō)明要發(fā)布信息；發(fā)布方知悉預訂方的集合。
b  預訂方說(shuō)明需要此信息；預訂方相互之間并不知悉，僅知道自己是從哪個(gè)或哪些發(fā)布方接收數據的。
c  發(fā)布方發(fā)送信息。
 v 命名發(fā)布 發(fā)布方/預訂方的通信結構采用命名式分發(fā)數據。每一個(gè)發(fā)布信息都賦予一個(gè)標題和一個(gè)類(lèi)型。標題是發(fā)布方用的名字，同時(shí)又是預訂方建立的一個(gè)邏輯數據通道。類(lèi)型描述數據格式。大多數發(fā)布方/預訂方的通信結構支持隨機的、由用戶(hù)定義的類(lèi)型，并可在不同的計算機體系結構之間進(jìn)行類(lèi)型的自動(dòng)轉換。
v  支持多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信 發(fā)布方/預訂方的通信結構允許從一個(gè)發(fā)布方同時(shí)向多個(gè)預訂方發(fā)布同樣的信息。不同的發(fā)布方也可以說(shuō)明相同的標題，這樣一來(lái)訂了同一個(gè)標題的預訂方就可以從多個(gè)發(fā)布方得到信息。發(fā)布方/預訂方模型的靈活性使開(kāi)發(fā)者很容易實(shí)現復雜的多點(diǎn)對多點(diǎn)的分布式通信方案。
v  事件驅動(dòng)的傳輸 發(fā)布方/預訂方的通信本身就是事件驅動(dòng)的，只要發(fā)布方準備就緒就發(fā)送信息。在此信息到達之時(shí)，預訂方就收到了通告。
•  中間件
發(fā)布方/預訂方的服務(wù)一般都是通過(guò)中間件進(jìn)行的，中間件通常處于操作系統網(wǎng)絡(luò )接口的頂端，起著(zhù)應用編程接口的作用。中間件處理三種基本的編程事務(wù)：
v  維護發(fā)布方向預訂方映像的數據庫，結果是在發(fā)布方與預訂方之間形成每一次發(fā)布的邏輯數據通道。
v  發(fā)布方將數據送往網(wǎng)絡(luò )時(shí)予以串行化，從網(wǎng)絡(luò )送往預訂方時(shí)再變換為并行形式的數據，從而使發(fā)布方與預定方的平臺的差異得以協(xié)調。
v 傳送所發(fā)布的數據。
v  多點(diǎn)對多點(diǎn)的連接。
發(fā)布方/預訂方的通信結構為要求實(shí)時(shí)的應用提供明顯的優(yōu)點(diǎn)：
a  由于點(diǎn)對點(diǎn)連接的直接傳輸在帶寬和延遲這兩方面都很有效，所以這種通信結構對分布式數據提供了最佳的傳送；
b  由于發(fā)布方/預訂方的通信結構提供多點(diǎn)對多點(diǎn)的連接，所以它對復雜的分布式應用尤其理想；
c  由于發(fā)布方/預訂方的通信結構并不要求組態(tài)，所以它可以動(dòng)態(tài)地增減節點(diǎn)和數據流。
以上所述都是發(fā)布方/預訂方的通信結構在一般的應用中表現出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)時(shí)應用中它還凸現出下面的功能：
傳送時(shí)序控制 對時(shí)序進(jìn)行控制是實(shí)時(shí)應用所必須的。譬如許多預訂方需要在規定的時(shí)間幀內得到相關(guān)信息，而發(fā)布方需要規定信息要保持多長(cháng)時(shí)間才是有效的。
可靠性控制 在實(shí)時(shí)應用中必須對可靠傳送與時(shí)間確定性要求這二者之間具有折衷選擇的能力。事實(shí)上不同的數據通道往往有不同的需求。不同的預訂方可以有不同的可靠性要求。
請求-應答 在復雜的實(shí)時(shí)應用中通常會(huì )對數據或動(dòng)作有所請求，一般的發(fā)布方/預訂方的語(yǔ)義中對此不能很好適應。
發(fā)布方/預訂方的通信在以下方面還存在一定的局限性，目前正在設法改進(jìn)：
缺少靈活的傳送帶寬 每個(gè)預訂方的帶寬要求是不一樣的，甚至對于同一個(gè)發(fā)布信息，各預訂方所要求的帶寬也有所不同。
缺少容錯 實(shí)時(shí)應用通常要求熱備的發(fā)布方和服務(wù)器。
缺少對線(xiàn)程中斷的知情 實(shí)時(shí)通信通常必須在不影響發(fā)布方和預訂方的線(xiàn)程進(jìn)行。
加強有選擇的退化 每個(gè)實(shí)時(shí)邏輯數據通道必須保護自己不受其它通道的影響。這就是說(shuō)，某個(gè)發(fā)布方由于丟失信息、網(wǎng)絡(luò )擁塞或CPU過(guò)載而產(chǎn)生故障或速率下降，不應影響預訂方從其它的發(fā)布方接收信息。
加強魯棒性 通信層不應將任意一個(gè)節點(diǎn)的故障引入應用層。
改善動(dòng)態(tài)可伸縮性 實(shí)時(shí)分布式應用的生命周期通常超過(guò)任意一個(gè)發(fā)布方或預訂方的生命周期，因此在任意時(shí)刻都可以增加或拆消發(fā)布方和預訂方。
提高效率 實(shí)時(shí)系統要求高效率的數據采集和傳送。對于關(guān)鍵的數據傳送路徑，其延遲應該降至最小。
5  工業(yè)以太網(wǎng)的興起
工業(yè)以太網(wǎng)也在迅速發(fā)展中。針對現場(chǎng)自動(dòng)控制系統的要求，結合一定的產(chǎn)品，現在已經(jīng)發(fā)布的工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議主要有以下幾種：
Modbus TCP/IP（Schneider，1998）
Interbus（Phoenix，1999）
EtherNet/IP（ODVA，1999）
IDA（Vendor Alliance，2000）
HSE（Foundation Fieldbus，2000）
ProfiNet（Profibus，2001）
除了Interbus在物理層和數據鏈路層仍沿用它原有的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，而在網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層采用TCP/IP，傳輸信息時(shí)采用拆包法外，其它均在物理層和數據鏈路層采用IEEE 802.3標準以太網(wǎng)協(xié)議。
一些組織按照工業(yè)控制的要求，發(fā)展適當的應用層協(xié)議，使以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)真正能延伸至現場(chǎng)層。關(guān)注現場(chǎng)層和工廠(chǎng)應用以太網(wǎng)技術(shù)的組織主要有[5]：
 R IAONA (Industrial Automation Open Networking Alliance，工業(yè)自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟)，目的是在工廠(chǎng)層推動(dòng)以大網(wǎng)的應用。
 R IDA（Interface for Distribution Automation，分布式自動(dòng)化接口組織)，這是一個(gè)主要以歐洲企業(yè)為主導的組織。
 R ODVA（Open DeviceNet Venders  Association, 開(kāi)放DeviceNet供應商協(xié)會(huì ))，這是美國Rockwell Automation公司將其專(zhuān)有的總線(xiàn)定位為開(kāi)放性總線(xiàn)的重要步驟。
6  工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展現狀
(1)  IDA是一種完全建立在以太網(wǎng)基礎上的工業(yè)以太網(wǎng)規范，它將一種實(shí)時(shí)的基于Web的分布自動(dòng)化環(huán)境與集中的安全體系結構加以結合，目標是創(chuàng )立一個(gè)基于TCP/IP的分散自動(dòng)化的解決方案。作為一個(gè)單純的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，IDA涵蓋自動(dòng)化結構中所有層次，包括設備層。它曾致力于開(kāi)發(fā)一個(gè)供機器人、運動(dòng)控制和包裝用的目標/功能塊庫。這些應用與PLC的控制的顯著(zhù)差別在于它們要求微秒級的同步（PLC的控制只要求毫秒級的確定性）。IDA通過(guò)因特網(wǎng)協(xié)議在以太網(wǎng)總線(xiàn)上用RTI（Real Time Innovations）公司的中間件NDDS來(lái)實(shí)現微秒級的實(shí)時(shí)性。據了解，NDDS所采用的協(xié)議建立在發(fā)布方/預訂方模型上，與FF沒(méi)有太大的差別。
基于下面兩個(gè)理由，2002年IDA宣布它已決定與Modbus用戶(hù)組織緊密合作，將Modbus納入IDA中，作為自動(dòng)化應用中以太網(wǎng)通信的一個(gè)準（quasi）標準^[5]。
☆  Modbus TCP/IP是當前在設備層中現成的應用最廣，且具有滿(mǎn)足IDA最低相容級的以太網(wǎng)標準，它還是其它向上兼容的基于C/S（客戶(hù)機/服務(wù)器）和P/S（發(fā)布方/預定方）模型的選項。
☆  由于IDA具有一個(gè)應用普遍、而協(xié)議均公開(kāi)不用花太多錢(qián)的協(xié)議棧，因此，在許多性能要求不高的低端設備中IDA將會(huì )是一個(gè)很有競爭力的工業(yè)以太網(wǎng)標準。 

BootP-Bootstrap Protocol，（因特網(wǎng)）自引導協(xié)議
DHCP-Dynamic Host Configuration Protocal，[TCP/IP]動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議
圖2   IDA的協(xié)議堆棧

Modbus TCP/IP將與FTP或HTTP一樣在其公共的操作系統中作為一個(gè)標準，Modbus將占端口502―前1 000個(gè)已定義的端口中的一個(gè)。由于Modbus TCP/IP是完全透明的，所以很好地符合IDA如圖2所示的IDA協(xié)議建立在組件的基礎上^[6]，該組件包括了IEC 61449的第一部分體系結構功能塊標準，但用IDA的體系結構替代了IEC 61499的模型。除了支持以太網(wǎng)TCP、UDP和IP有關(guān)的Web服務(wù)的完整套件外，IDA協(xié)議規范還包括：
☆  基于RTI公司的中間件NDDS（網(wǎng)絡(luò )數據傳送服務(wù)）的RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布方/預訂方）；
☆  Modbus TCP/IP作為工業(yè)因特網(wǎng)消息傳輸協(xié)議；
☆  IDA通信目標庫；
☆  實(shí)時(shí)和安全API。
(2)  ODVA除了擁有DeviceNet 和ControlNet，還控制另一個(gè)總線(xiàn)Ethernet/Industrial Protocol（Ethernet/IP），它把處于應用層和用戶(hù)層的DeviceNet 和ControlNet的目標庫CIP（Control and Information Protocol，包含了所有經(jīng)典的PLC運算），與以太網(wǎng)物理介質(zhì)捆綁在一起。這就是說(shuō)，Ethernet/IP、DeviceNet 和ControlNet三位一體共享一個(gè)目標庫，該目標和設備行規（device profiles）使之可能形成凡是掛在這三個(gè)網(wǎng)絡(luò )上、且來(lái)自不同供應廠(chǎng)商的復雜設備之間，實(shí)現即插即用的可互操作性^[7]。這些目標的定義是嚴格的，而且支持在同一網(wǎng)絡(luò )中傳輸實(shí)時(shí)I/O信息、進(jìn)行組態(tài)和診斷。這意味著(zhù)用戶(hù)可以不需要自行編制用戶(hù)程序，便可將各種不同類(lèi)型的設備連在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中。作為一個(gè)與介質(zhì)無(wú)關(guān)的協(xié)議，CIP還可進(jìn)一步與FireWire或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )捆綁起來(lái)。
Ethernet/IP除了提供控制網(wǎng)絡(luò )的各種基本服務(wù)外，還提供了許多優(yōu)良的性能，包括2ms的刷新時(shí)間、與其它網(wǎng)絡(luò )通信的路徑指向能力、附加于程序上裝/下載和傳送消息的I/O控制，以及幾種I/O交換選擇，如查詢(xún)、循環(huán)和改變狀態(tài)等。 

圖3  在Ethernet/IP中使用UDP/IP和TCP/IP
允許傳送信息（顯性）和控制I/O消息（隱性）

Ethernet/IP與其它工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議不同之處，在于它應用了標準的TCP/IP和UDP/IP以太網(wǎng)標準協(xié)議去壓縮網(wǎng)絡(luò )消息，這便允許實(shí)時(shí)I/O（隱性）消息傳送和信息（顯性）傳送。這些同時(shí)組合了隱性和顯性的消息傳送，使Ethernet/IP具有以下性能：
☆  易于對控制器和設備進(jìn)行編程和組態(tài)；
☆  I/O數據傳送快速而準確；
☆  報警和設備同步的廣播能力；
☆  可在任何地點(diǎn)對所有設備作故障查尋和精確整定。
由于Ethernet/IP應用以太網(wǎng)技術(shù)提供實(shí)時(shí)I/O、設備組態(tài)、故障診斷的能力，以及互操作性和可互換性，從而將Ethernet/IP定位于在自動(dòng)化領(lǐng)域以太網(wǎng)應用的解決方案。
因為ODVA擁有Ethernet/IP，引起IDA與它合作的興趣。2001年第1季度，在INONA的撮合下這3個(gè)組織達成尋求建立法人團體的諒解備忘錄，協(xié)調今后的發(fā)展。IDA可能會(huì )采用CIP，再加上自己的機器人、運動(dòng)控制和包裝目標庫/功能塊庫。 

圖4  PROFInet V2.0的實(shí)時(shí)數據優(yōu)化通信通道

(3)  在PROFInet的第一次公布的版本中，它提供了一種非確定性的控制層的結構，有點(diǎn)類(lèi)似與Profibus網(wǎng)絡(luò )。在PROFInet V1.0中大大地加強了商用以太網(wǎng)、TCP/IP與UDP/IP以及Microsoft的DCOM、OPC還有XML的作用。這樣，有些背離了傳統Profibus的結構，但實(shí)際上它很好地嵌入了Siemens近來(lái)所采取的基于組件自動(dòng)化的策略。在2003年它將推出的新版本PROFInet V2.0中，將通過(guò)實(shí)時(shí)通道（旁路掉TCP/IP協(xié)議棧）加進(jìn)實(shí)時(shí)的功能^[7]。如圖4所示，它在數據鏈路層采用了旨在減小處理通信棧所需的時(shí)間的一種傳輸協(xié)議，從而極大地改善了網(wǎng)絡(luò )的刷新時(shí)間。實(shí)時(shí)通道除了可進(jìn)行循環(huán)傳輸外，還可完成非循環(huán)傳輸。同時(shí)還要加入網(wǎng)絡(luò )管理、Web功能，以及直接集成I/O設備等。
采用TCP/IP和開(kāi)放的DCOM wire協(xié)議，使現有的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段可用如Profibus一樣的方式予以集成。這樣一來(lái)，便可將傳統的、基于任何標準設備或現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化系統整合到PROFInet的體系結構中。
(4)  2001年9月，現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )FF、 ODVA和Profibus International（PI）這3大國際性工業(yè)通信組織共同簽署了一個(gè)文件，合力支持OPC基金會(huì )的DX工作組正在制訂的規范。由于它們實(shí)在是有不同的側重點(diǎn)，無(wú)法也不會(huì )愿意尋求統一的協(xié)議。折衷的辦法就是宣布支持 OPC DX，找到一種進(jìn)行有效的數據交換的中間工具―軟件網(wǎng)橋。在2002年春天的漢諾威博覽會(huì )上，成功展出了這三種工業(yè)以太網(wǎng)之間通過(guò)OPC DX交換數據，為監控級工業(yè)以太網(wǎng)提供了可行的技術(shù)途徑。 

圖5  各種工業(yè)以太網(wǎng)及其相關(guān)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的應用定位

看起來(lái)，INONA（工業(yè)自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟）和OPC基金會(huì )一直在試圖緩和和調節這場(chǎng)潛在的標準之爭。但這場(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之爭，并未因此停息。這就是有些人說(shuō)的工業(yè)以太網(wǎng)大戰取代了現場(chǎng)總線(xiàn)大戰。不同的是，當年現場(chǎng)總線(xiàn)之爭的焦點(diǎn)集中在物理層和數據層；而當前工業(yè)以太網(wǎng)最大的差異，即競爭的焦點(diǎn)卻集中在應用層和用戶(hù)層^[5]。
(5)  圖5由應用的角度給出各種工業(yè)以太網(wǎng)及其相關(guān)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的應用定位。其中主要用于離散制造領(lǐng)域、且最有影響的，當推Modbus TCP/IP、EtherNet/IP、IDA和ProfiNet。在全球PLC市場(chǎng)居領(lǐng)先地位的Siemens不遺余力地推動(dòng)ProfiNet /Profibus組合；Rockwell Automation和Omron以及其它一些公司致力于推進(jìn)EtherNet/IP及其姐妹網(wǎng)絡(luò )―基于CIP的DeviceNet和 ControlNet；Schneider則加強它與IDA的聯(lián)盟。而在過(guò)程控制領(lǐng)域只有FF HSE一家?？磥?lái)，它成為過(guò)程控制領(lǐng)域中唯一的以太網(wǎng)標準已成定局。
一般工業(yè)以太網(wǎng)都有與之互補的設備層現場(chǎng)總線(xiàn)，如表1所示：

表1  工業(yè)以太網(wǎng)與與之互補的設備層現場(chǎng)總線(xiàn)

其中最為簡(jiǎn)單實(shí)用的當屬Modbus TCP/IP。它除了在物理層和數據鏈路層用以太網(wǎng)標準，與Modbus采用RS 232C/RS 422/RS 485不同外，在應用層二者基本是一致的，都使用一樣的功能代碼。它屬于設備層中的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。目前在MODICON的PLC中用得很多。同時(shí)，由于大多數工業(yè)以太網(wǎng)的競爭者都有與之互補的設備層網(wǎng)絡(luò )，IDA是后來(lái)的參與者，沒(méi)有適合的設備層協(xié)議，不像ProfiNet有Profibus作為設備層，EtherNet/IP有DeviceNet作為設備層。所以它增加了一個(gè)與Modbus TCP/IP的接口，在其網(wǎng)絡(luò )結構中采用Modbus TCP/IP作為設備層。
7  目前工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展中有待于解決的問(wèn)題
(1)  制定工業(yè)加強型網(wǎng)絡(luò )端口連接件和網(wǎng)絡(luò )設備的工業(yè)標準。據了解以太網(wǎng)50%的故障出于連接件，因此必須提供優(yōu)質(zhì)的、適于在工業(yè)環(huán)境下正常工作的連接件也是亟待解決的問(wèn)題之一。至于網(wǎng)絡(luò )設備，現在已有一些專(zhuān)業(yè)公司能提供很好的系列產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)、物理層的協(xié)議轉換器、冗余的或非冗余的交換式集線(xiàn)器，以及其它相關(guān)產(chǎn)品。
(2)  制定過(guò)程控制中的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )設計的適當策略。以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)之一是它易于安裝和連接，但這也使它容易受到傷害。如果未經(jīng)小心設計，往往會(huì )給控制網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)不良影響，降低其可靠性。這方面是有前車(chē)之鑒的。美國一家大造紙廠(chǎng)曾經(jīng)因以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )設計不當，造成一臺PC機在作網(wǎng)絡(luò )組態(tài)時(shí)，使一套DCS系統與一臺造紙機的操作員界面之間通信發(fā)生不應有的中斷。近年來(lái)，通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行網(wǎng)段細分，可以用一種簡(jiǎn)單的方式向用戶(hù)提供他們所需要的帶寬，并且平衡所有網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò )設備的帶寬需求。因此，確保通信的安全性、確定性不再是以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信的障礙。
(3)  工業(yè)以太網(wǎng)應用層、用戶(hù)層難以統一。 

圖6  應用層、用戶(hù)層以及網(wǎng)絡(luò )配置和管理軟件是競爭的焦點(diǎn)

前面已經(jīng)談到上述這些工業(yè)以太網(wǎng)最大的差異是在應用層和用戶(hù)層，幾乎是無(wú)法統一的?？梢哉f(shuō)，除了物理層和數據鏈路層以外都是競爭的地盤(pán)。工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議競爭的新戰場(chǎng)有：
上層的功能性（functionality） 如公用的設備行規，是確保設備的互操作性和可互換性的重要環(huán)節。這是與協(xié)議有關(guān)的競爭。
網(wǎng)絡(luò )配置 每個(gè)協(xié)議都要指定若干配置參數，再加上制造廠(chǎng)又對自己生產(chǎn)的設備或系統附加了專(zhuān)用的功能性，甚至還通過(guò)自己專(zhuān)用的配置工具及相應的軟件進(jìn)行競爭。這是與供應廠(chǎng)商有關(guān)的競爭。
8  以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)的融合和組合
有人估計融合了或組合了以太網(wǎng)和TCP/IP的現場(chǎng)總線(xiàn)是今后的主流體系。但是并不是所有的現場(chǎng)總線(xiàn)都會(huì )沒(méi)有例外地與以太網(wǎng)組合的。例如ASi（只有4 bits的數據長(cháng)度）、CAN總線(xiàn)（最大數據長(cháng)度 8 bytes）以及SMS這些納入國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)，都不適合與以太網(wǎng)結合。另外，我們也應該認識到，以太網(wǎng)在工業(yè)上的成功應用并不能取代現場(chǎng)總線(xiàn)。同時(shí)，我們還應該注意的是以太網(wǎng)與TCP/IP并不一定非捆綁在一起的。這完全是兩種不同的通信協(xié)議，是獨立發(fā)展起來(lái)的，而且它們的作用和功能是不同的。以太網(wǎng)解決的是物理層和數據鏈路層，TCP/IP則是用于傳輸層和網(wǎng)絡(luò )層的協(xié)議。以太網(wǎng)好比是建立通信的傳輸線(xiàn)，TCP保證數據傳輸可靠，IP則將要傳輸的數據送往所要求的目的地。因此，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)的結合就有著(zhù)不同的方式。
(1)  物理層和數據鏈路層仍延用原來(lái)現場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)議，再將 TCP/IP組合進(jìn)去，目的是保持現場(chǎng)總線(xiàn)的原有優(yōu)點(diǎn)，而又可以利用TCP/IP協(xié)議將現場(chǎng)總線(xiàn)數據直接掛互聯(lián)網(wǎng)。如 WorldFIP on TCP/IP , Interbus on TCP/IP。這也是一種基于Web的PLC的基礎。
(2)  物理層和數據鏈路層采用以太網(wǎng)技術(shù)，應用層和用戶(hù)層采用原現場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)議。必要時(shí)也加入TCP/IP。如FF的HSE ，ODVA的EtherNet/IP。方法是將變化很少的現場(chǎng)總線(xiàn)報文作為“用戶(hù)數據”嵌入TCP/IP的數據幀后在以太網(wǎng)上傳輸?？煞Q(chēng)之為“打包法”。其優(yōu)點(diǎn)是不需花時(shí)間開(kāi)發(fā)新的規范；有利于向下兼容；不同的現場(chǎng)總線(xiàn)的數據可在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中同時(shí)傳輸。由于TCP/I報文頭部占40bytes，以太網(wǎng)的報文頭部占18bytes，若按以太網(wǎng)標準用其最小報文長(cháng)度64bytes，那么，只剩下6bytes的有用數據長(cháng)度。數據傳輸的效率很低。因此這更適合于傳輸長(cháng)數據。
(3)  Interbus采用反向打包法，或稱(chēng)“拆包法”。將TCP/IP數據幀嵌入Interbus報文。由于Interbus報文短（8bytes），因此TCP/IP數據幀必須拆開(kāi)傳輸，在接收端再將TCP/IP數據幀拼裝。優(yōu)點(diǎn)是原有的Interbus設備在現場(chǎng)應用不受影響，又可以通過(guò)TCP/IP上互聯(lián)網(wǎng)。這種方法主要用于傳送較長(cháng)消息，如傳送程序等。
(4)  網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器法。典型代表為ProfiNet。通過(guò)網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器進(jìn)行以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)的信息轉換。優(yōu)點(diǎn)是已在使用的現場(chǎng)總線(xiàn)設備可不受限制地繼續用下去。缺點(diǎn)是同時(shí)使用幾種現場(chǎng)總線(xiàn)時(shí)，系統的配置相當復雜，實(shí)時(shí)性難以保證。
(5)  重建法。典型代表為IDA。方法是不用現有現場(chǎng)總線(xiàn)，建立新的實(shí)時(shí)通信用戶(hù)層。
9  建立新的數據交換的接口規范
OPC DX標準定義通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行互操作的數據交換以及服務(wù)器―服務(wù)器間通信的接口集合的工業(yè)標準，它是現有的OPC DA數據存取規范的擴充。
OPC DX標準將OPA DA擴展為具備在運行期間進(jìn)行服務(wù)器和服務(wù)器之間數據交換的功能，而與由以太網(wǎng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )支持的實(shí)時(shí)應用的協(xié)議無(wú)關(guān)。這意味著(zhù)這個(gè)標準將為由不同自動(dòng)化供應商開(kāi)發(fā)的軟件部件易于在大的自動(dòng)化和經(jīng)營(yíng)管理系統集成，并實(shí)現即插即用提供良好途徑。從圖7中可以看出，OPC DX并不替代各個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)的作用，只是讓集成在一個(gè)系統中的多種現場(chǎng)總線(xiàn)儀表可以相互交換數據。附帶交代一下，在OPC中，服務(wù)器的概念是：它是OPC的一個(gè)對象，承擔獲取數據，并向客戶(hù)機提供數據的作用。在圖中可把它看成是一個(gè)現場(chǎng)儀表或設備。
OPC DX數據交換是相對于OPC DA的客戶(hù)機―服務(wù)器通信模式推出的服務(wù)器―服務(wù)器通信模式，符合當代網(wǎng)絡(luò )點(diǎn)對點(diǎn)的對等通信和扁平化的技術(shù)趨勢，使駐留在不同體系的現場(chǎng)總線(xiàn)控制器上的實(shí)時(shí)服務(wù)器數據可以直接交換，從而實(shí)現統一的基于高速以太網(wǎng)的軟件網(wǎng)關(guān)技術(shù)。所以，有人把OPC DX稱(chēng)為軟件網(wǎng)關(guān)。 

圖7  不同的現場(chǎng)總線(xiàn)通過(guò)OPC DX交換數據 

圖8  OPC XML規范便于ERP和MES系統集成和數據共享

OPC在2001年還推出另一個(gè)具有重大意義的軟件技術(shù)就是OPC XML擴展標識訪(fǎng)問(wèn)。XNL是W3C組織制定的Ｗeb訪(fǎng)問(wèn)的標準，也是構成Ｍicrosoft新一代Internet網(wǎng)絡(luò )技術(shù).NET

的基礎。XML技術(shù)制定了對網(wǎng)頁(yè)標識的定義的規則，使ERP和MES系統集成和數據共享十分方便，可以在網(wǎng)頁(yè)發(fā)布時(shí)避免組件插入和注冊。
OPC相應推出OPC工作XML規范，發(fā)布基于OPC DA的XML定制規劃（Schemas），包括讀（Read）、寫(xiě)（Write）、訂閱（Subscription）和瀏覽（Browsere）四種數據共享和訪(fǎng)問(wèn)模式，使Web Server/Web Browser可以逐漸成為實(shí)時(shí)人機界面的主流。
10  關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)幾個(gè)值得思考的問(wèn)題
(1)  e網(wǎng)到底或一網(wǎng)到底是不是最好的方案？筆者感覺(jué)這并不是最好的方案。在目前的技術(shù)條件下以太網(wǎng)用于現場(chǎng)層既不合適（現場(chǎng)層要求實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性和環(huán)境適應性，合理解決并不容易），也不經(jīng)濟（商用以太網(wǎng)硬件若改造為工業(yè)級產(chǎn)品，也就沒(méi)有價(jià)格低廉的優(yōu)勢了；現場(chǎng)層傳輸的數據不多，如按以太網(wǎng)/TCP/IP標準的最短長(cháng)度64字節計，報頭占56字節，數據僅占8字節，數據率顯得過(guò)低，除非設法將報頭壓縮為一兩個(gè)字節，但這又需時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)）。在一定的條件下它可以用于I/O層?，F場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)的組合可能是最好的可行方案。
(2)  工業(yè)以太網(wǎng)在過(guò)程控制領(lǐng)域中目前唯一的方案就是FF H1+FF HSE。這也是現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)的組合。
(3)  在離散制造業(yè)中，IDA、EtherNet/IP和PROFInet孰優(yōu)孰劣？難下結論。競爭還在繼續，就像DeviceNet和Profibus再加上Modbus至今各有各的市場(chǎng)、各有各的領(lǐng)地一樣，IDA、EtherNet/IP和PROFInet恐怕將會(huì )三足鼎立，長(cháng)期競爭。
(4)  競爭主要表現在應用層、用戶(hù)層，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )配置和管理軟件等方面。IDA與其它工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP和PROFInet顯著(zhù)不同之處，在于它的微秒級的實(shí)時(shí)性。
(5)  OPC DX為不同的工業(yè)以太網(wǎng)提供了數據交換的可能性，為它們的長(cháng)期共存提供了很好的基礎。這符合最終用戶(hù)的利益嗎？
IDA、EtherNet/IP和PROFInet三足鼎立、長(cháng)期競爭，應該說(shuō)符合最終用戶(hù)的利益。因為只有競爭才會(huì )發(fā)展，技術(shù)才會(huì )進(jìn)步，價(jià)格才會(huì )降低。同時(shí)又為工業(yè)自動(dòng)化系統采用多種現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)系統在監控級提供了軟件網(wǎng)關(guān)。
(6)  會(huì )不會(huì )出現單一標準的現場(chǎng)總線(xiàn)和單一標準的工業(yè)以太網(wǎng)？
絕無(wú)可能！自動(dòng)化技術(shù)工作者應該摒棄追求像DC 4~20mA統一信號那樣的工業(yè)數字通信的單一標準。這是兩類(lèi)完全不同本質(zhì)和內容的技術(shù)，不可等同比較。因此必須積極面對和駕馭多種現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)共存的局面。

參考文獻：
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