工业新挑战：以太网与现场总线能否共存

对于全球通信行业来说，一个非常重要的趋势是不同通信网络间的融合。与此相似，自动化领域近两年来对于以太网是否会取代现场总线的讨论也非常多。以太网多年来在全球应用广泛，是一种成熟的通信标准，主要用于商业上的数据处理。进入工业自动化领域之后，其应用主要是解决管理层、生产指挥层和控制层的任务。

实际上，在美国，已经有许多工业以太网用于IO控制的例子，即变频器、远程IO站全部用工业以太网连在一起的全以太网结构，取代了现有的现场总线。但国内绝大多数工业以太网应用都仅用于连接PLC和HMI。因此，国内近两年对于以太网取代现场总线讨论非常热闹。

工业以太网及相关的产品设备，在现今的自动化技术中正在扮演着重要的角色。随着交换网络通信技术的产生和发展，工业以太网技术正在逐步进入工业应用场合。而且，由于交换机、冗余自愈、抗干扰和千兆网等技术和应用的发展，工业以太网已经逐渐在技术上具备了向下延伸的条件，许多新型控制器皆提供Ethernet TCP/IP接口，目前的应用已经从管理层延伸到控制层。但在控制层以下，就是现场I/O层(传感器和执行器)还没有形成规模应用。

目前情况下，生产流程过

程自动化，与企业前面的采购、库存管理、财务管理分别采用两套系统，就是现场总线和ERP，这两个系统必须能够互相通讯才能起到控制的作用。但是ERP和现场总线的结合是有成本的，因为两者的数据格式不同，数据的运行环境也不同，上面是管理层的Windows环境，下面是可编数控环境。不可否认，在这个前提下，从技术角度看，将已经在工业领域使用成熟的以太网应用向下延伸到自动化层，作为下一代现场总线，是一个非常理想的方案。

如同英特尔坚持不懈的提高芯片性能一样，西门子等国际自动化巨头也在推动自动化技术的发展。PROFIBUS国际组织推广的工业以太网总线标准PROFINET就顺应了这一市场趋势。

PROFINET是分布式自动化标准的现代概念;它基于以太网，简单且无需做任何改变地集成现有的现场总线系统(尤其是PROFIBUS 系统)。这对于满足从公司管理层到现场层的一致性要求是一个非常重要的方面。它的重大贡献在于保护了用户的投资，因为现有系统的部件仍可合并到PROFINET系统中去，无需进行任何更改。

当然，现在大多数厂家在选择设备和系统时，还是会优先考虑基于设备级的总线，因为好用而且便宜，还有很多种选择，这也是以太网进入现场的阻碍之一。现场总线已经经过了20多年的应用，从最初简单的CON总线发展到目前共有8个不同的国际标准，基本上可以涵盖不同工业的生产控制需求。

而且，从使用功能上来说，生产系统异常复杂，不同行业及同行业间的自动化需求千差万别，比如说流程工业，一般生产线速度都很慢，以太网动辄几十兆的数据传输量在这里看不到优越性。而对于机械制造业来说，实时控制非常重要，目前以太网只能在应用层解决，物理层就不太容易，如果硬要实现，那成本又上去了。

另外，以太网进入自动化层还存在一些技术上的问题，比如，原来总线是两条线，既送电又送数据，现在解决以太网是四根线，两根送电两根送数据。此外，还存在安全问题，如何防止黑客的入侵?这些问题不改变以太网的性质是很难解决的。

因此，以太网完全取代现场总线是不可能的，现场总线必然会在自动化领域有自己的生存空间。而且，对于中国来说，目前最重要的不是以太网取代现场总线，而是应用和推广总线。近几年我去过很多上了ERP的工厂，但是真正做到计划作业那层的有没有呢?基本上没有。为什么?生产线自动化没有完成，没有底下的信息，就无法完成设备使用和人力资源来排优化。因为人有请假，设备有故障，你都预测不了，这个做不到，很难说信息化比较好地带动了工业化。所以说自动化是信息化很好的载体，没有自动化设施，信息化很难实施;没有自动化，你怎么能实现生产效率生产周期提高呢?

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