总线专题：第八讲 现场总线的现状及其发展

一、现场总线的现状

在本讲座开讲时，已述及国际上现场总线有多少种类型，但因为现场总线的发展很快，时隔一年多，情况已发生了一些变化，所以还得补充一番。

1.现场总线的国际标准

（1）IECTC65（国际电工委员会第65技术委员会）

1999年年底IEC通过的现场总线国际标准IEC61158共有8种类型，2003年有了修订版，将8种类型增加了2种，达10种类型，其内容如附表所示。

（2）IEC TC17 (国际电工委员会第17技术委员会)

IEC62026有4种现场总线类型即AS-i (Actuator Sensor-Interface 执行器传感器接口)，主要由Siemens 公司支持；Device Net (Rockwell 公司)；SDS（Smart Distributed System）灵巧式分散型系统（美Honeywell 公司）及Seriplex(串联多路控制总线)。

（3）ISO11898-与ISO11519

ISO ( International Standardization Organization 国际标准化组织)　亦是制订国际标准的3个组织之一。

CAN ISO11898 ( IMbit / s )

CAN ISO11519 ( 125Kbit / s)

CAN 主要由德国Robert Bosch 公司支持。

综上所述，IEC61158虽有10种类型，但类型1.5.9实际上都属于FF，　因此可归纳为8种现场总线；加上IEC　62026的4种与ISO的1种共计有１３种现场总线国际标准。

2.实时工业以太网的国际标准

（1）PAS

由于实时工业以太网的技术发展很快，而IEC/TC65在2002年决定：在2007年开始对现场总线国际标准IEC61158修订之前，不再增加新的类型，但又考虑到要适应市场的需要和技术的发展，经过相关成员们的投票同意（简单多数赞成票）而将某些成熟的技术规范直接发布的一种标准化文件PAS ( Publicly Available Specification), 即公共可用规范。

在2004年1月在法国召开的IEC会议上，有6种实时工业以太网申请成为PAS，这6种是中国的EPA （Ethernet for Plant Automation 主要由浙大中控支持），德国Beckhoff公司的Ether CAT ( Ethernet for Control and Automation Technology), 日本横河的V－net, 日本东芝的TCnet，欧洲开放网络联合会的IAONA的EPL (Ethernet Powerlink)和法国施耐德的MODBUS TCP (RTPS)。

2005年2月26日经过投票表决，EPA正式成为IEC的PAS。有效期为2年。

（2）IEC 61784-2

IEC 61784是“与工业控制系统中使用的现场总线有关的用于连续和离散制造的行规（Profile）集”。他描述IEC61158中规定的“服务”集的子集，该子集用于特定的现场总线系统的通信或基于以太网系统的通信。用这种方法定义的特定的通信行规（CP）被组合在通信行规簇（CPF Communication Profile Family） 中并对应于他们在各自通信系统中的使用情况。

2004年1月IEC/ SC65C在法国召开会议，会上规定起草实时以太网标准。即IEC61784-2。他包括IEC61158中规定的现场总线在实时以太网应用中的行规（类型1-9）以及将要发布的PAS行规，即CPF作为类型10-15.

2005年12月IEC/SC65C在美国开会，确定了IEC61158新版本（第4版）将以现版本（第三版）为基础，加入已成为PAS文件的实时以太网解决方案，成为新的 IEC61158现场总线标准。经过讨论，IEC61158(第4版)将包括14类现场总线技术，IEC61784中将包括39种通信行规。

IEC61158的第4版将在2007年投票表决，确定是否能成为正式的国际标准。

二、现场总线的发展趋势

今后现场总线的发展趋势有以下几个方面：

1.现场总线的国际标准还会增加。

到2007年现场总线的国际标准还会增加，单以IEC61158而言，由于有IEC61784-2实时以太网的加入，其标准将会由目前的10种增加到18种，甚至还会更多。[page]

2.种类虽多，但却会此消彼长

Swift Net由于Boeing 公司的不积极，有可能在标准中被删去，而SDS也会“淡出江湖”；而WorldFIP，过去受到法国大企业Alstom 及 Schneider等的支持，但目前Schneider已有了自己的MODBUS-TCP和Modbus-RTPS, 对World FIP 的支持力度将会下降；SERCOS ( Serial Real Time Communication System)也是一样，Rockwell 由于也已有了自己的Control Net / IP, 也会减少对他的支持力度；Ethernet PowerLink 由于IAONA组织的解散而前途堪忧；而P－Net 的前途看来也有问题。日本三菱的CC－Link则有可能会加入进来成为国际标准。

3.网络附件存在着商机

由于今后多种现场总线同时并存的问题仍然存在，因此沟通他们的一些接口、网桥等附件，存在着商机。

4.实时工业以及网还要发展

这种基于实时工业以太网的现场总线现在已经粗具雏形，如PROFINET, EPA等，当然目前还不完善，尚待补充，例如在供电与在防爆场合下应用的措施与产品。最近PROFINET 又有新推出的IO LINK, 有了他就可以与其他种现场总线的现场设备相衔接，从而有利于PROFINET的集成。

5.现场总线的安全通信问题将要热起来

当前安全问题日益得到人们的重视，一是恶性事故时有发生，例如1984年在印度Bhopal的一家美国化工厂的事故最为严重。除了当场死亡不少人以外，就是目前活着的人还有着后遗症；二是由于用户的要求。因为为了使事故不致发生，一般都备有紧急措施，例如化工厂的ESD紧急停机（Emergency Shut Down）装置。一但事故将要发生，立即停机以保障安全，这就要求这种装置要非常可靠。事故虽然是避免了，但从停产到恢复正常生产需要时间，有的还要损失生产过程中的原材料或半成品，损失也不在小数，如一个大型乙烯装置，停产一天就有可能损失上亿元。而且有的事故通过核查并非要停产不可，因此目前解决的办法是采用工作可靠的PLC专门来负责管这ESD，而且为了避免不必要的停车，采用所谓3重化或更多的PLC靠投票表决的方法来处理，例如2对1,有2票要停车，那么就马上停，否则采取措施后仍然可以生产而不停机。这种专门的PLC装置已有多个企业可以提供，例如Invensys 公司旗下的Triconex , 或 HIMA等。这样一来，化工厂的控制系统采用的是DCS，而管理ESD的则是PLC，也就是说用户要买2个系统，这样化钱要多，也增加了管理与维护方面的工作量。因此，用户提出了只有一套系统的解决方案。

由于技术的进步，目前一些大公司生产的DCS声称已经可以满足这些用户的要求，但说话容易，要怎么才能使用户相信呢？这就需要有一个标准，而且将之量化而便于认证和操作，于是IEC就制定了2个有关功能 安全的标准，一个是IEC61508,他是供制造厂商用的“有关电气、电子及可编程系统功能安全”的标准；还有一个是IEC61511是“供设计人员（设计院）、系统集成商与用户用的安全仪表系统（SIS）”的标准。SIS英文名称为 Safety Instrumented System, 但中文应该怎样译？又引起了争论，有人译为安全仪表系统，但又有人认为不妥，应译为仪表型安全系统，看来最后要由国内标准化部门来审定了。

在量化方面，标准规定：将安全等级分为4级即SILI~4, 其中SIL4的等级为最高，所谓SIL，其全名为安全完整性等级（Safety Intergrigy Level），他由每小时发生的危险失效概率来区分（SIL2为≥10 -7至＜10-6；SIL3为≥10-8至＜10-7）。

生产过程所需要的安全等级由专门的工艺公司来评估确定。按照目前的社会生产状况，一般对安全要求比较高的工艺生产过程的ESD（如化工、石油、石化）所需要的安全完整性等级为SIL3。一旦安全等级确定以后，用于这方面生产过程的仪表与控制系统就必须满足这一要求。

为了要证明DCS厂商所生产的产品已符合SIL3的标准，厂商与用户说了都不算，一定要由中立的第三方——认证机构，经过测试才能判定。而目前在这方面做的比较多的，则首推德国的TüV。好在TüV在中国设有办事机构，需要时，可以咨询。

由于目前SIS炒得很热，因此，必需说明的是：不是所有行业的生产过程；或者就算是化工过程，是除了与ESD有关的以外，都没有必要选用SIL3那么高级别的安全设备。

又因为现场总线必须保证将具有SIL3的现场设备的信息送往具有SIL3的DCS以及操作钻（人机接口HMI），因此也必需进行SIL3的认证，像PROFI safe已通过TüV的认证；而EPA safe目前尚处于在认证的过程之中。

在传输安全信息方面，各种现场总线所采取的方法也各有千秋，有的开辟有专用通道；有的则用软件的办法，使安全信息享有优先权而优先传输。

6.无线通信正在崭露头角

工业无线通信正像工业以太网一样已经在工业中获得普遍应用，但在现场仪表级应用的实时工业以太网仍在完善之中；无线通信也是一样，目前在远距通信，使用功率较大的电台，经过调制，通过公用无线电信网（CDPD，CDMA，GSM，GPRS）已经普遍应用，但在现场仪表级，用电池供电，功率很小的场合，近距离传输，则尚在开发之中。

目前的状况是：

（1）美国Honeywell公司已在2003年推出采用ZigBee无线网络技术的XYR5000系列变送器，但目前只能在美国使用（载波频率问题）。

（2）在2006年多国仪器仪表展中看到美国Tyco公司已有蓝牙无线传输的电动执行器。

（3）欧洲无线工控应用项目（RUNES）

2004年10月至2005年4月欧洲集中25个组织制定了一个名为RUNES、在未来10年内无线技术在工业控制和自动化方面发展应用的开发路线图。其目标是：通过采用无线技术，到2008年将安装成本降低50%，运行成本降低30%，到2014年将安装成本降低80%，运行成本降低50%。

（4）无线HART协议正在积极开发之中。

HART基金会现已成立无线工作组正在制定技术规范，目标是：无线HART协议应该具有目前有线HART协议能够解决的所有应用。但他们不打算采用Zig Bee。

（5）ISA正在制订SP100的标准

美国仪表学会（ISA）的SP100标准委员会也正在制订在自动化和控制环境下实现无线系统的标准SP100。标准按应用分为6类：

第0类（安全类），为关键的紧急措施，包括安全联锁，紧急停车及自动消防控制等。

第1类（控制类），关键的闭环调节

第2类（控制类），经常的非关键闭环监督控制，多变量控制及优化控制等。

第3类（控制类）开环控制

第4类（监视监控类），标记产生短期操作结果的数据和信息。

第5类（监视监控类），记录和下载/上载不产生直接的操作结果，如历史数据的采集等。

（6）IEC也开始制定无线标准

据悉，IEC／TC65也已成立了专门的工作组。开始着手制订用于过程检测与控制的无线标准。

（7）据悉西门子公司也已决定将其无线通信部门并入传感器部，加速开发现场仪表间的无线通信，据称70%的现场仪表都将采用无线通信技术。

（8）ABB公司也进行了无线通信的评估试验。

（9）Invensys也已宣布其无线通信在工业应用中的策略。

综上所述，看来在现场仪表级，无线通信技术的发展比预计的要快。

已成为国际标准的各种现场总线，尚未全面推广；基于实时工业以太网的现场总线已经出现，正在补充，完善之中；而基于无线通信的现场总线又已崭露头角，使得现场总线的应用状况，更加复杂而扑朔迷离。