1  自動化技術發展的新需求
   控製係統主要有四層結構：第一層I/O層（傳感器和執行器），完成物理量的測量和控製命令的執行；第二層控製器層，完成信息的集中處理；第三層人機接口層
；第四層企業信息係統層;除在第三層、第四層之間采用以太網外，其他層都是專用網絡，控製設備及軟件也是專用的，開放程度不夠
，給係統維護、升級帶來不便。隨著現代生產的規模的擴大，要求對企業的各種信息（如生產過程信息、銷售信息、財務信息以及重點設備實時監控信息）及時全麵的了解，這就要求把過程控製網絡、實時操作網絡和工廠信息網絡融為一體，構成統一的網絡平台。另一方麵，希望控製係統采用開放性
、標準化，流行的硬件
、操作係統、網絡技術，盡可能使用各種計算機技術，有效地減少對專用產品的依賴，減少備品備件的數量，降低運行、維護成本。因此，“開放係統”、“現場總線”成為在現代測控領域頻繁出現的兩個詞。
2  現場總線控製係統的發展狀況
   S(Fieldbus Control System)是基於現場總線，根據IEC標準及現場總線基金會的定義，即現場總線控製係統。現場總線是連接智能現場設備和自動化係統的數字式雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。FCS具有以下技術特點：
   ①係統的開放性；
   ②互可操作性與可用性
；
   ③現場設備的智能化與功能自治性；
   ④係統結構的高度分散性；
   ⑤對現場環境的適應性。FCS不僅需要控製係統設備製造商的支持，更主要的是得到分散在現場的傳感器及執行設備的支持
，以取代DCS的數字/模擬混合技術成為全數字式係統。這樣的係統才會比DCS有更大的技術
、成本優勢。經過20年的發展

，共產生了60多個數字通信網絡標準以連接傳感器、現場設備及控製級網絡，有5000duozhongzhichizhexiewangluodechanpin。yinci，poqiexuyaoyigetongyidebiaozhun。tongyidexianchangzongxianbiaozhunshikaifangdexianchangzongxiankongzhixitongbibeidejishutiaojian。dandangjindexianchangzongxian(Fieldbus)出現了群雄割據的狀況
，以歐洲為主要市場的有InterBus-S
、Profibus
、CANbus等，以美國為主要市場的有LonWorks、BitBus、DeviceNet，以及分散全球各地采用RS-485接jie口kou的de雜za牌pai軍jun。這zhe些xie現xian場chang總zong線xian各ge有you特te色se，各ge有you其qi發fa展zhan背bei景jing。因yin此ci，在zai市shi場chang上shang各ge有you其qi專zhuan攻gong的de市shi場chang及ji擁yong護hu者zhe。由you於yu受shou集ji團tuan利li益yi的de限xian製zhi，現xian場chang總zong線xian網wang絡luo至zhi今jin還hai無wu法fa妥tuo協xie出chu一yi個ge共gong同tong國guo際ji標biao準zhun。不bu同tong的de總zong線xian產chan品pin無wu法fa實shi現xian互hu連lian、互換、通一組態以及互操作。
   曆史的經驗告訴我們，一個新的標準或產品僅僅技術上先進是不夠的，例如MAP協議
，70年代，美國GM(General Motor)提出了MAP (Manufac-turing Automation Protocol)的架構，符合OSI之ISO標準
，涵蓋了通信協議所有7個層次。從技術觀點看，MAP麵麵俱到無懈可擊，但在實際開發中
，卻因複雜度

、成本較高
，至今一直無法被市場所接受。因此，現場總線設備隻能作為傳統DCS的有益補充

，在短期內是無法取代DCS的。
3  以太網技術的迅猛發展
   70年代出現的以太網主要應用於辦公自動化(OA)領域，從實時控製要求來看，以太網有許多缺點，其中最重要的是以太網采用CSMA/CD協議是一種非確定性(Non-Determinism)tongxunfangshi，jiruguodajiatongshizhengqiangzongxiankongzhiquanfasongxinxishi。gaifangshiwufabaozhengjiangqizhongdezhongyaoxinxijishisongdadaozhidingshebei。danyouyuqijishuwanquangongkai
，henkuaibeidajiajieshou
，tongguobuduangaijin、提升，市場占有率越來越大，而成本就越來越低
，進而變成主流。即使IBM力推Token Ring架構也已難擋此潮流
   Ethernet也從OA領域逐漸擴展至FA領域。現在所有國際自動化廠商的控製器皆提供Ethernet TCP/IP接口
，美國最大的測控儀器廠商National Instrument(NI)和OPTO22，最近也推出了Ethernet I/O產品。國際半導體協會SEMI所訂定半導體設備標準通訊協議SECS(SEMI Equipment Communication Standard) 也從RS-232實體層改建立在Ethernet TCP/IP之上，稱之為HSMS(High Speed Message Specification)。而美國一家專業自動化公司SISCO也將MAP應用層通訊協議MMS (Manufacturing Message Specification)改建立在Ethernet TCP/IP之上。更隨著Internet
、家庭網絡、信息家電等的快速發展，包括辦公室自動化(OA)、工廠自動化(FA)、大樓自動化(BA)、社區自動化(CA)以及家庭自動化(HA)

，上至通訊網路，下至各類現場設備，TCP/IP網絡將一統天下。
4 以太網應用於工廠自動化的可行性
(1)  實時性
   學術上Ethernet用於自動控製的致命弱點是CSMA/CD通(tong)訊(xun)協(xie)議(yi)所(suo)具(ju)備(bei)的(de)非(fei)確(que)定(ding)性(xing)。傳(chuan)統(tong)的(de)以(yi)太(tai)網(wang)結(jie)構(gou)使(shi)用(yong)總(zong)線(xian)將(jiang)各(ge)個(ge)節(jie)點(dian)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi)
，允(yun)許(xu)同(tong)時(shi)將(jiang)數(shu)據(ju)發(fa)送(song)到(dao)網(wang)上(shang)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)發(fa)生(sheng)了(le)衝(chong)撞(zhuang)
，必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)重(zhong)發(fa)機(ji)製(zhi)以(yi)達(da)到(dao)相(xiang)對(dui)高(gao)的(de)成(cheng)功(gong)率(lv)。這(zhe)種(zhong)機(ji)製(zhi)導(dao)致(zhi)非(fei)確(que)定(ding)性(xing)，而(er)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)確(que)定(ding)性(xing)。以(yi)太(tai)網(wang)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)增(zeng)強(qiang)了(le)其(qi)通(tong)信(xin)的(de)確(que)定(ding)性(xing)
，首(shou)先(xian)，在(zai)網(wang)絡(luo)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)上(shang)，采(cai)用(yong)星(xing)形(xing)連(lian)接(jie)及(ji)交(jiao)換(huan)式(shi)Hub，交換式Hub提供數據緩衝及具有確定接收數據的網段智能，使數據衝撞及重發機會最小化；其次，快速以太網的發展及網絡冗餘技術使以太網更適應於實時應用
；並且改進的通信協議克服了TCP/IP協議中的緩衝器滿再發送及衝撞控製中的允許“丟”包等缺點。
(2)  穩定性
   Ethernet介(jie)質(zhi)從(cong)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)，至(zhi)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)，一(yi)直(zhi)到(dao)光(guang)纖(xian)。尤(you)其(qi)是(shi)光(guang)纖(xian)網(wang)絡(luo)已(yi)逐(zhu)漸(jian)從(cong)電(dian)訊(xun)的(de)主(zhu)幹(gan)網(wang)絡(luo)，延(yan)伸(shen)到(dao)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)，即(ji)所(suo)謂(wei)的(de)光(guang)纖(xian)到(dao)桌(zhuo)麵(mian)。光(guang)纖(xian)不(bu)受(shou)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)，適(shi)合(he)使(shi)用(yong)在(zai)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)的(de)高(gao)噪(zao)聲(sheng)現(xian)場(chang)環(huan)境(jing)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，利(li)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)SNMP網絡管理工具
，可以有效地管理網絡。
(3)  通用性  
   TCP／IP是一套定義各計算機如何通過網絡進行通訊的協議。TCP傳輸控製協議對應於ISO／OSI模型中的傳輸層，負責將數據消息分組成將被IP層傳輸的數據包，以及將從IP層接收的數據包重新組合為完整的消息並進行校驗的協議。TCP可提供在連至網絡上不同計算機上運行的進程間的可靠
、麵向連接的通訊。IP網際協議對應於ISO／OSI模mo型xing中zhong的de網wang絡luo層ceng，負fu責ze將jiang數shu據ju消xiao息xi拆chai分fen為wei包bao，並bing將jiang這zhe些xie包bao從cong發fa送song者zhe按an一yi定ding路lu徑jing傳chuan輸shu到dao目mu的de網wang絡luo或huo站zhan點dian，然ran後hou在zai目mu的de地di將jiang包bao重zhong新xin組zu合he成cheng原yuan始shi的de數shu據ju消xiao息xi。TCP／IP是目前所實現的最成功的網絡協議，是Internet互連網的基礎。對該通訊協議的支持內置於所有操作係統中。在數據鏈路中所用硬件對TCP／IP應用均是透明的。TCP／IP已經成為網絡(包括Internet)上進行數據傳輸的事實標準。具有TCP/IP接口的現場設備可以無需透過現場的計算機，直接連接Internet，實現遠程監控(Remote Control)或遠程維修(remote Diagnostics)的功能。
(4)  未來趨勢
   nternet/Intranet的發展趨勢已從辦公自動化(OA)、工廠自動化(FA)、樓宇自動化(BA)
，正向家庭自動化(HA)領域擴展。在HA領域一個最大的困難便是布線。因此現正在發展電話線的Home PNA

、無線、紅外以及電力載波等組網技術。而這些技術由於廣大市場的推動


，技術快速提升
，成本則相對下降，未來勢必在反向推動至BA、FA
、OA領域。不久的將來，我們將可以看到工廠的現場
，除了UTP/光纖的Ethernet外，還有許多需移動的設備皆采用無線方式或在電力線上傳輸數據，雖然傳輸介質不同，但可以肯定的是他們都采用同一通訊協議，即TCP/IP
5  TCP/IP 以太網在工廠中的應用
(1)  基於Ethernet控製係統
   傳統的控製器是由主CPU和子模塊通過內部的係統總線連接在一起。最近，德國JETTER AG公司推出了全新的控製係統JetWeb。它是融現場總線技術

、100M以太網技術、PLC技術、可視化人機接口技術和全球化生產管理技術為一體的工業自動化控製係統。在JetWeb中，以太網是控製器的一部分並作為連接智能控製模塊的係統總線
；內nei部bu和he外wai部bu的de數shu據ju通tong訊xun在zai此ci沒mei有you區qu別bie，網wang絡luo就jiu是shi控kong製zhi器qi。集ji線xian器qi技ji術shu被bei集ji成cheng在zai每mei個ge控kong製zhi器qi中zhong，通tong過guo分fen配pei地di址zhi空kong間jian把ba內nei部bu通tong訊xun從cong外wai部bu通tong訊xun中zhong分fen離li開kai來lai。集ji線xian器qi技ji術shu及ji底di層ceng協xie議yi的de集ji成cheng，確que保bao了le以yi太tai網wang的de確que定ding性xing和he兼jian容rong性xing，排pai除chu了le通tong訊xun的de碰peng撞zhuang問wen題ti。以yi太tai網wang係xi統tong總zong線xian就jiu是shi現xian場chang總zong線xian，可ke連lian接jie到dao每mei個ge獨du立li的de控kong製zhi模mo塊kuai。整zheng個ge過guo程cheng或huo係xi統tong被bei看kan作zuo為wei一yi個ge邏luo輯ji單dan元yuan
，甚shen至zhi是shi一yi個ge獨du立li的de控kong製zhi器qi。不bu需xu考kao慮lv網wang絡luo的de各ge層ceng概gai念nian
，而er隻zhi形xing成cheng為wei一yi個ge層ceng
，去qu除chu了leCPU的瓶頸效應。所有數據在網絡中僅表達1次
，網絡扮演真正的服務器。從傳感器到Internet的通訊開放。從傳感器到管理層的直接通訊。與IT和Office辦公軟件兼容。可進行整個工廠的聯網。
(2)  Ethernet I/O
   以前，人們在做工業控製係統的設計時，總是用一些專用的控製設備來完成對現場設備的控製，然後再用一上位機和HMI軟件做監控；若需要將現場的設備狀態反映在企業的管理級網絡中，則將上位機連入企業網內。異地查看設備運行狀態也必須通過Internet、企業網，以及與現場控製器緊密相連的控製係統的I/O服務器取數據。自從OPTO22公司推出Ethernet智能I/O模塊後，這一狀況得到了革命性的改變。利用OPTO22的Ethernet 智能板，配以各種各樣的I/O模塊，組成一個前端智能I/O係統，對外提供以太網通訊接口，可以直接掛在Intranet或Internet網上，直接將現場數據提交到企業的本地或異地的管理網上。
(3)  基於TCP/IP數字視頻係統
   對於重要的設備/場合需要進行視頻監控的場合，以往的做法是通過NTSC/PAL模擬信號送至中央監控室，100個監控點需拉100根同軸電纜。再通過視頻卡數字化和視頻服務器實現視頻圖象在網上傳播。現在，台灣上尚公司推出了基於TCP/IP全數字化攝像機

，用戶通過Internet/Intranet可以直接操控攝像機或者將實時視頻圖像和過程數據集成在一幅監控畫麵中。
6  結語
   綜上所述
，由於以太網技術充分考慮了今後的發展需要，具有高傳輸速率（目前到100Mbps）
，高gao傳chuan輸shu安an全quan性xing和he可ke靠kao性xing，無wu需xu考kao慮lv網wang絡luo的de拓tuo撲pu結jie構gou，集ji線xian器qi的de應ying用yong可ke不bu考kao慮lv網wang絡luo的de擴kuo展zhan，集ji線xian器qi技ji術shu確que保bao了le數shu據ju傳chuan輸shu的de確que定ding性xing。因yin此ci，在zai所suo有you的de網wang絡luo中zhong
，TCP/IP以太網是至今最理想的選擇。