現場總線作為控製工程界和儀表自動化界的新一代技術,已有多年的發展曆史。目前除了看到越來越多的廠家推出了一個又一個新係統、新產品外,對於人們所期待的開放性,即多廠家產品可以互連、互通、互(hu)操(cao)作(zuo)方(fang)麵(mian)仍(reng)然(ran)沒(mei)有(you)看(kan)到(dao)突(tu)破(po)性(xing)的(de)進(jin)展(zhan)。當(dang)然(ran),目(mu)前(qian)有(you)不(bu)少(shao)廠(chang)家(jia)推(tui)出(chu)了(le)可(ke)以(yi)將(jiang)多(duo)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)網(wang)關(guan)類(lei)產(chan)品(pin),但(dan)這(zhe)隻(zhi)能(neng)解(jie)決(jue)不(bu)同(tong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)信(xin)息(xi)互(hu)通(tong)問(wen)題(ti),遠(yuan)未(wei)達(da)到(dao)可(ke)互(hu)操(cao)作(zuo)的(de)程(cheng)度(du)。而(er)且(qie),依(yi)靠(kao)網(wang)關(guan)實(shi)現(xian)轉(zhuan)換(huan),對(dui)於(yu)使(shi)用(yong)者(zhe)來(lai)說(shuo)還(hai)不(bu)是(shi)很(hen)方(fang)便(bian)的(de),從(cong)用(yong)戶(hu)的(de)角(jiao)度(du)看(kan),用(yong)轉(zhuan)換(huan)器(qi)或(huo)網(wang)關(guan)連(lian)接(jie)不(bu)同(tong)的(de)產(chan)品(pin),肯(ken)定(ding)不(bu)如(ru)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)更(geng)方(fang)便(bian),更(geng)能(neng)保(bao)證(zheng)功(gong)能(neng)和(he)性(xing)能(neng)。造(zao)成(cheng)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)的(de)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin),不(bu)是(shi)因(yin)為(wei)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)產(chan)品(pin)太(tai)多(duo)了(le),而(er)是(shi)由(you)於(yu)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)標(biao)準(zhun)太(tai)多(duo)了(le)。多(duo)個(ge)標(biao)準(zhun)的(de)存(cun)在(zai)阻(zu)礙(ai)了(le)開(kai)放(fang)性(xing)目(mu)標(biao)的(de)實(shi)現(xian),而(er)開(kai)放(fang)性(xing)又(you)是(shi)影(ying)響(xiang)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)並(bing)推(tui)動(dong)儀(yi)表(biao)數(shu)字(zi)化(hua)進(jin)程(cheng)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。
在曆史上,測量與控製有一個從單個設備到構成係統的質變過程,實現這種質變的關鍵因素是通信。在儀表控製時代,是4~20mA這zhe樣yang的de信xin號hao傳chuan輸shu技ji術shu使shi單dan個ge的de儀yi表biao控kong製zhi設she備bei連lian結jie在zai一yi起qi形xing成cheng了le儀yi表biao控kong製zhi係xi統tong,而er在zai計ji算suan機ji控kong製zhi時shi代dai,則ze是shi計ji算suan機ji局ju域yu網wang使shi集ji中zhong控kong製zhi變bian成cheng了le分fen布bu控kong製zhi。由you於yu通tong信xin是shi一yi種zhong將jiang多duo台tai單dan個ge設she備bei連lian接jie在zai一yi起qi的de技ji術shu,因yin此ci它ta的de最zui重zhong要yao特te性xing就jiu是shi標biao準zhun,也ye就jiu是shi說shuo,凡fan是shi要yao互hu連lian在zai一yi起qi的de設she備bei,必bi須xu遵zun循xun統tong一yi的de通tong信xin規gui約yue,采cai用yong一yi樣yang的de通tong信xin設she備bei,接jie在zai同tong樣yang的de物wu理li線xian路lu之zhi上shang,才cai能neng夠gou實shi現xian通tong信xin功gong能neng。因yin此ci,任ren何he通tong信xin設she備bei的de開kai發fa都dou是shi從cong標biao準zhun的de製zhi定ding開kai始shi的de。當dang然ran,為wei了le開kai發fa通tong信xin產chan品pin而er製zhi定ding的de標biao準zhun,一yi般ban都dou是shi廠chang家jia自zi己ji製zhi定ding的de,是shi圍wei繞rao該gai廠chang家jia自zi有you的de技ji術shu和he產chan品pin而er製zhi定ding的de各ge種zhong內nei部bu規gui範fan。而er不bu論lun哪na個ge廠chang家jia,開kai發fa出chu產chan品pin都dou是shi為wei了le擴kuo大da應ying用yong,打da開kai市shi場chang,在zai這zhe個ge時shi期qi,標biao準zhun又you成cheng了le拓tuo展zhan市shi場chang提ti高gao競jing爭zheng力li的de有you力li工gong具ju。
產品的標準有兩類,一類是規定產品外部特性和對外接口的,這類標準在產品推向市場時就必須向社會公布,因為這是用戶檢驗、使用相應設備時必須依據的文本。還有一類標準涉及產品的內部構造、內部技術規範、gezuchengbufenzhijiandelianjieguanxideng,zheleibiaozhunyibanshiqiyedeneibubiaozhun,bingmeiyoubiyaoxiangshehuigongkai,tazhishiqiyezaijinxingchanpinshengchanshizuoweixingchengshengchangongyideyiju,shuqiyezijidejishuzhishichanquan。duiyuhouyileibiaozhun,juedaduoshuqiyeshizuoweijishuzhishichanquanyanjiabaohude,danyeyouliwai,qizhongzuidianxingdelizijiushiIBM PC技術規範的公開。在IBM將其個人計算機的技術規範公開之後,計算機這個20世紀最偉大的發明就從神秘的實驗室走進了辦公室和普通人的家庭,其市場需求量產生了爆炸式的增長。IBM此舉不僅沒有損害自己的商業利益,相反,由於市場需求的激增,PC成了IBM的新的產業支柱,而且由PC數量的激增又帶來了許多新興產業。當然,在這種開放的環境中,IBM將麵對多個廠家的競爭,在這個市場上將不再存在壟斷利潤,要在PC業(ye)務(wu)上(shang)有(you)所(suo)發(fa)展(zhan),隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)自(zi)身(shen)競(jing)爭(zheng)力(li)的(de)提(ti)高(gao)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)。比(bi)較(jiao)起(qi)來(lai),在(zai)計(ji)算(suan)機(ji)產(chan)業(ye)中(zhong),小(xiao)市(shi)場(chang)中(zhong)的(de)壟(long)斷(duan)利(li)潤(run)並(bing)不(bu)比(bi)大(da)市(shi)場(chang)中(zhong)的(de)競(jing)爭(zheng)利(li)潤(run)來(lai)得(de)更(geng)大(da),因(yin)此(ci),PC技術規範的開放是IBM利用開放標準擴大產業的一個成功案例。
為什麼PC技術標準的公開會造成該產品需求量的爆炸式增長?這是應該認真研究的。首先,從技術上PC的de體ti係xi結jie構gou適shi應ying了le市shi場chang的de需xu求qiu,當dang時shi已yi有you不bu少shao公gong司si推tui出chu了le基ji於yu微wei處chu理li器qi的de各ge種zhong個ge人ren電dian腦nao產chan品pin,例li如ru著zhu名ming的de蘋ping果guo電dian腦nao,由you於yu各ge家jia的de個ge人ren電dian腦nao都dou沒mei有you足zu夠gou大da的de銷xiao量liang,因yin此ci成cheng本ben都dou相xiang當dang高gao,這zhe自zi然ran阻zu礙ai了le個ge人ren電dian腦nao需xu求qiu量liang的de增zeng長chang,而er需xu求qiu量liang上shang不bu去qu,產chan品pin的de成cheng本ben就jiu下xia不bu來lai。這zhe形xing成cheng了le一yi個ge死si循xun環huan,而erIBM決定公開其PC標準,就成了打破這個死循環的關鍵之舉。PC技術標準的公開使得很多中小電子製造企業加入到了PC機部件的製造者行列,很多沒有能力設計整機的公司,可以根據標準生產PC機(ji)的(de)板(ban)卡(ka)部(bu)件(jian),而(er)利(li)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)板(ban)卡(ka)和(he)部(bu)件(jian),可(ke)以(yi)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)組(zu)裝(zhuang)成(cheng)整(zheng)機(ji)。這(zhe)樣(yang),生(sheng)產(chan)的(de)批(pi)量(liang)上(shang)去(qu)了(le),產(chan)品(pin)的(de)價(jia)格(ge)壓(ya)下(xia)來(lai)了(le),同(tong)時(shi)也(ye)促(cu)使(shi)更(geng)多(duo)的(de)人(ren)購(gou)買(mai)、使用PC機,原來的死循環變成了良性循環。因此PC機的市場猛增,把其它機種遠遠地甩在了後麵。
這裏有兩個關鍵點必須強調。第一是PC機的開放標準規範了硬件的生產,而且這個標準是唯一的。電子產品硬件的生產涉及到很多生產設備、生產工藝、原材料等環節,這些必須用一個唯一的標準去規範,才能夠進行規模化的批量生產,而用統一的標準生產的產品越多,批量越大、單件產品的成本就越低。可以設想一下,當初在IBM公開其PC機技術標準的同時,如果蘋果公司也同時公布蘋果機的技術標準,那麼個人電腦的市場將會如何發展呢?結果不好預測。第二是PC機的開放標準是有限的,即該標準隻涉及到PC機的硬件規範,其實最主要的就是PC總線的規範,當然還有電氣連接、機械尺寸等規範。再上層的軟件則隻規定了訪問硬件的接口,其餘由軟件公司去自由發揮。因此在標準的PC硬件之上,可以有DOS、Windows、Solaris、各種UNIX、LINUX等等多種操作係統。而在應用軟件方麵,則更多達成千上萬種。無疑,豐富的軟件是促進PC機ji大da量liang應ying用yong的de又you一yi個ge關guan鍵jian因yin素su。但dan是shi,軟ruan件jian的de極ji大da豐feng富fu不bu是shi用yong軟ruan件jian的de有you關guan標biao準zhun規gui範fan出chu來lai的de,相xiang反fan,這zhe是shi在zai統tong一yi的de硬ying件jian標biao準zhun之zhi上shang通tong過guo自zi由you發fa展zhan而er形xing成cheng的de。由you於yu軟ruan件jian是shi直zhi接jie麵mian向xiang應ying用yong的de產chan品pin,而er應ying用yong的de需xu求qiu是shi千qian差cha萬wan別bie的de,也ye是shi隨sui著zhe時shi間jian的de發fa展zhan不bu斷duan發fa展zhan變bian化hua的de。我wo們men不bu可ke能neng用yong標biao準zhun去qu規gui定ding或huo固gu化hua應ying用yong,但dan應ying用yong的de基ji礎chu平ping台tai,即ji硬ying件jian應ying該gai是shi標biao準zhun的de。這zhe樣yang針zhen對dui不bu同tong應ying用yong開kai發fa出chu來lai的de軟ruan件jian才cai能neng有you共gong同tong的de平ping台tai,才cai能neng夠gou在zai不bu同tong的de應ying用yong之zhi間jian實shi現xian信xin息xi的de互hu通tong和he共gong享xiang。
可以用圖1表明不同的應用與基礎平台之間的關係。假設有A、B、C三個應用,其中有一部分是各個應用都需要的共性部分,在邏輯上被表示為A&B&C,這個共性部分即為應用平台,由硬件及固化的軟件組成。在圖1中,需要標準化的是平台,即A&B&C,而其餘部分則需要根據應用的需求自由發展。

圖1 多種應用與基礎平台的關係
通過以上的論述,應該對當前在現場總線技術領域中出現的多標準局麵有一個較明確的認識。在IEC的多個現場總線標準中,絕大多數都包含了OSI層次模型中的物理層、數據鏈路層和應用層等內容,有些標準還在應用層之上增加了更高層次用戶層。如果說OSI模型中的底層(指傳輸層以下各層,包括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層)是shi可ke以yi滿man足zu各ge種zhong不bu同tong應ying用yong需xu求qiu的de基ji礎chu網wang絡luo平ping台tai,那na麼me其qi高gao層ceng,包bao括kuo應ying用yong層ceng和he用yong戶hu層ceng,就jiu是shi與yu具ju體ti應ying用yong關guan係xi密mi切qie的de部bu分fen。在zai同tong一yi個ge標biao準zhun中zhong將jiang基ji礎chu平ping台tai和he應ying用yong捆kun綁bang在zai一yi起qi,將jiang很hen難nan兼jian顧gu標biao準zhun的de普pu遍bian適shi用yong性xing和he滿man足zu不bu同tong應ying用yong的de多duo樣yang性xing,必bi然ran要yao做zuo出chu某mou種zhong犧xi牲sheng。事shi實shi上shang,多duo種zhong現xian場chang總zong線xian即ji使shi都dou是shiIEC通過的標準,但也有其不同的最佳應用領域,如FF之流程控製領域、DeviceNet之邏輯控製領域等。這實際上局限了標準的適用性,人們不會設想在製造行業的控製係統中使用FF現場總線,也不會設想在化工廠等流程控製係統中選用SwiftNet。在IEC 61158的de多duo種zhong現xian場chang總zong線xian標biao準zhun中zhong,不bu乏fa相xiang當dang好hao的de技ji術shu,作zuo為wei底di層ceng的de網wang絡luo通tong信xin支zhi撐cheng平ping台tai,可ke以yi有you相xiang當dang廣guang闊kuo的de應ying用yong領ling域yu。但dan是shi一yi旦dan與yu高gao層ceng協xie議yi捆kun綁bang,就jiu阻zu礙ai了le它ta的de廣guang泛fan應ying用yong。人ren們men不bu能neng設she想xiang在zaiProfiBus的物理層、數據鏈路層的協議平台上跑FF的應用層協議,也不能設想在FF的H1線路上跑DeviceNet的(de)高(gao)層(ceng)協(xie)議(yi)。而(er)作(zuo)為(wei)底(di)層(ceng)支(zhi)撐(cheng)平(ping)台(tai)的(de)產(chan)品(pin),一(yi)般(ban)都(dou)是(shi)以(yi)硬(ying)件(jian)以(yi)及(ji)固(gu)化(hua)軟(ruan)件(jian)形(xing)態(tai)出(chu)現(xian)的(de),這(zhe)類(lei)產(chan)品(pin)若(ruo)不(bu)具(ju)備(bei)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)普(pu)適(shi)性(xing),必(bi)然(ran)達(da)不(bu)到(dao)生(sheng)產(chan)的(de)經(jing)濟(ji)批(pi)量(liang),這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)產(chan)品(pin)的(de)成(cheng)本(ben)居(ju)高(gao)不(bu)下(xia),反(fan)過(guo)來(lai)又(you)阻(zu)礙(ai)了(le)產(chan)品(pin)的(de)應(ying)用(yong)數(shu)量(liang)。目(mu)前(qian),多(duo)標(biao)準(zhun)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)就(jiu)處(chu)在(zai)這(zhe)樣(yang)一(yi)種(zhong)難(nan)堪(kan)的(de)局(ju)麵(mian)當(dang)中(zhong)。
從上麵的討論中知道,作為標準,唯一性或統一性是極為重要的,有了唯一的、統tong一yi的de標biao準zhun,才cai有you可ke能neng形xing成cheng巨ju大da的de應ying用yong量liang,或huo達da到dao產chan業ye規gui模mo。而er統tong一yi標biao準zhun形xing成cheng的de必bi要yao條tiao件jian,就jiu是shi標biao準zhun要yao盡jin量liang簡jian單dan,需xu要yao遵zun循xun的de規gui定ding要yao盡jin量liang少shao。實shi際ji上shang,越yue是shi複fu雜za的de標biao準zhun,各ge種zhong規gui定ding越yue是shi繁fan雜za的de標biao準zhun,就jiu越yue不bu容rong易yi得de到dao廣guang泛fan的de采cai用yong和he遵zun循xun。在zai儀yi表biao行xing業ye,4~20mA標biao準zhun正zheng是shi由you於yu其qi簡jian單dan明ming了le,得de到dao了le各ge家jia儀yi表biao企qi業ye和he用yong戶hu的de廣guang泛fan認ren同tong,成cheng為wei了le儀yi表biao界jie的de統tong一yi標biao準zhun。在zai此ci標biao準zhun之zhi下xia,任ren何he一yi個ge廠chang家jia的de儀yi表biao都dou可ke以yi和he另ling一yi廠chang家jia的de儀yi表biao共gong存cun於yu一yi個ge應ying用yong係xi統tong中zhong,其qi信xin號hao的de交jiao換huan不bu存cun在zai任ren何he障zhang礙ai。而er在zai模mo擬ni信xin號hao走zou向xiang數shu字zi信xin息xi之zhi後hou,由you於yu技ji術shu比bi過guo去qu複fu雜za了le,而er且qie,數shu字zi化hua技ji術shu大da大da地di擴kuo展zhan了le係xi統tong的de功gong能neng。因yin此ci,數shu字zi化hua儀yi表biao控kong製zhi係xi統tong的de標biao準zhun必bi然ran比bi4~20mA這樣簡單的模擬信號標準要複雜得多。麵對這樣複雜的情況,充分利用OSI參考模型,按照不同的功能層次製定不同的標準,並按OSI模型的層次來規範層次間的接口關係,應該是將複雜問題簡單化的好方法,而不是像現在這樣,推出多個互相獨立、互不兼容、功能層次完整的標準。
目(mu)前(qian)處(chu)於(yu)關(guan)注(zhu)焦(jiao)點(dian)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)技(ji)術(shu)極(ji)有(you)可(ke)能(neng)成(cheng)為(wei)打(da)破(po)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)多(duo)標(biao)準(zhun)並(bing)存(cun)的(de)不(bu)利(li)局(ju)麵(mian)的(de)轉(zhuan)折(zhe)點(dian),但(dan)是(shi)應(ying)該(gai)特(te)別(bie)引(yin)起(qi)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi),務(wu)必(bi)不(bu)要(yao)使(shi)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)成(cheng)為(wei)第(di)九(jiu)個(ge)或(huo)第(di)十(shi)一(yi)個(ge)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)類(lei)型(xing),成(cheng)為(wei)又(you)一(yi)個(ge)將(jiang)底(di)層(ceng)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)支(zhi)撐(cheng)平(ping)台(tai)和(he)高(gao)層(ceng)應(ying)用(yong)捆(kun)綁(bang)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)的(de)標(biao)準(zhun)。這(zhe)樣(yang)的(de)標(biao)準(zhun)注(zhu)定(ding)是(shi)很(hen)難(nan)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)認(ren)同(tong)和(he)采(cai)用(yong)的(de),對(dui)推(tui)動(dong)儀(yi)表(biao)數(shu)字(zi)化(hua)進(jin)程(cheng)、形成數字化儀控產業將起不到什麼作用。人們希望的是在傳輸層以下形成一個統一的標準,這個標準將以通用的以太網和IP、TCP/UDP為基礎,增加數據實時通信能力,在工業環境下運行的防護能力、網絡供電能力、網絡冗餘能力、防(fang)爆(bao)措(cuo)施(shi)和(he)與(yu)通(tong)用(yong)信(xin)息(xi)網(wang)段(duan)互(hu)連(lian)等(deng)各(ge)項(xiang)與(yu)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)相(xiang)關(guan)的(de)規(gui)範(fan)。在(zai)應(ying)用(yong)層(ceng)麵(mian),可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)標(biao)準(zhun)的(de)接(jie)口(kou)或(huo)框(kuang)架(jia),在(zai)數(shu)據(ju)格(ge)式(shi)中(zhong)預(yu)留(liu)大(da)量(liang)的(de)可(ke)根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)定(ding)義(yi)的(de)字(zi)段(duan)。至(zhi)於(yu)具(ju)體(ti)的(de)應(ying)用(yong),完(wan)全(quan)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)求(qiu)去(qu)擴(kuo)展(zhan),這(zhe)完(wan)全(quan)是(shi)可(ke)以(yi)用(yong)軟(ruan)件(jian)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti),而(er)在(zai)底(di)層(ceng)的(de)基(ji)礎(chu)實(shi)現(xian)了(le)統(tong)一(yi)標(biao)準(zhun)後(hou),應(ying)用(yong)軟(ruan)件(jian)是(shi)不(bu)怕(pa)多(duo)的(de),越(yue)豐(feng)富(fu)越(yue)好(hao),它(ta)必(bi)定(ding)對(dui)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)起(qi)到(dao)極(ji)大(da)的(de)推(tui)進(jin)作(zuo)用(yong)。