一、概述

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，PLC和工控機是人們不得不提的兩類控制設(shè)備，它們是大多數(shù)自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。PLC和工控機的技術(shù)發(fā)展是工程師對設(shè)備應用性能要求的體現(xiàn)：控制器的硬件標準化，以及用戶的各種控制要求通過軟件來進行改變。

PLC就是一種利用計算機原理為順序控制專門設(shè)計的、通用的、使用方便的裝置。它采用了設(shè)計的硬件，而使用性能都是通過控制程序來確定的。

工控機則是利用了個人計算機的PCI總線和PC/104總線、采用功能板卡擴展控制I/O點來實現(xiàn)計算機控制的一種方便的控制設(shè)備。它具有工業(yè)現(xiàn)場應用特性，同時又極大地利用了PC機的軟件環(huán)境，用戶可以方便地選擇各制造商提供的產(chǎn)品。

PLC和工控機目前的技術(shù)發(fā)展水平已大大超過其出現(xiàn)時技術(shù)水平，并各自定位在不同的層面。PLC適合低成本自動化項目和作為大型DCS系統(tǒng)的I/O站，工控機在中規(guī)模小范圍自動化工程中有很好的性能價格比，當然這種定位也不是的。據(jù)預測，2000年我國工業(yè)自動化的市場規(guī)模達170億至207億人民幣，其中工控機占40億左右、PLC占30億左右，再加上DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)和NCC系統(tǒng)（占60億）中使用的PLC和工控機，可以看出其在工業(yè)自動化領(lǐng)域中舉足輕重的作用。這兩類控制設(shè)備在各領(lǐng)域的自動化中扮演了*的角色。圖1給出了某自來水廠工業(yè)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖，其中采用了PLC作為I/O控制站、工控機作為監(jiān)控機。

圖1 工業(yè)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖

目前，PLC的主流廠商有A-B、Siemens和Modicon等。工控機的主流廠商有上海康泰克、北京康拓和研華、艾訊等。

PLC和工控機在其技術(shù)發(fā)展的歷程中，為了適合工業(yè)現(xiàn)場應用的需要和用戶二次開發(fā)的需要，都積極地發(fā)展高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化和高性能的用戶開發(fā)軟件方面的技術(shù)性能。以下將重點介紹PLC和工控機在硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)方面技術(shù)應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

二、PLC和工控機的硬件技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展

PLC和工控機的zui終用戶為冶金、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)，其主要的用途為：

1、順序控制

順序控制是應用zui廣泛的領(lǐng)域，它包括單機控制、多機群控制、自動生產(chǎn)線控制，如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配機械、包裝生產(chǎn)、電鍍流水線和電梯控制等。

2、運動控制

應用在電力拖動系統(tǒng)或伺服電機的單軸或多軸位置控制。

3、過程控制

采用模擬量模塊能控制物理參數(shù)，例如溫度、壓力、速度和流量等，并提供PID等閉環(huán)控制的功能。

4、數(shù)據(jù)處理

可以支持數(shù)控機床的控制和管理、多軸控制等。

由于自動化系統(tǒng)的要求日益提高，傳統(tǒng)的提供I/O點服務的PLC和工控機已經(jīng)無法滿足復雜的工藝要求。因此，PLC和工控機在硬件系統(tǒng)上有了根本的變化。

PLC系統(tǒng)在模塊上的技術(shù)發(fā)展有：

1、處理器模塊

配備大容量內(nèi)存，為滿足實時控制的要求而優(yōu)化設(shè)計，除了一般的I/O掃描和控制、遠程數(shù)據(jù)交換外，支持大型的集成控制、通訊、并行運算、處理器獨立后臺程序和處理器輸入中斷等功能。如A-B公司的ControlLogix處理器模塊在它的內(nèi)核中設(shè)計有通信功能，借助于它的無源數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)的瓶頸得以消除。這種靈活的結(jié)構(gòu)允許多個處理器、網(wǎng)絡(luò)以及I/O在一個機架中搭配使用而沒有限制。

2、信息協(xié)處理器模塊

讀取主處理器的數(shù)據(jù)表和狀態(tài)文件，或通過語言程序?qū)?shù)據(jù)寫入主處理器，程序可以在實時多任務環(huán)境下以及獨立于PLC處理器的方法，單獨在協(xié)處理器中運行。

3、語言協(xié)處理器

通過C和Basic的接口來進行復雜的計算和算法實現(xiàn)。

4、網(wǎng)絡(luò)適配模塊

在現(xiàn)場總線與處理器之間提供通訊接口，以便PLC處理器和I/O模塊進行遠程的數(shù)據(jù)交換。

5、具有特殊功能的I/O模塊

如A-B公司在其產(chǎn)品中提供了智能變送器模塊、溫度控制模塊、稱重模塊、開環(huán)速度控制模塊、塑料制造模塊、力矩控制模塊、編碼模塊、可組態(tài)流量計模塊、電流同步模塊等。這些模塊的設(shè)計考慮了特殊行業(yè)的需要，使得復雜的控制功能以模塊化的方式得以解決，提高了可靠性和專業(yè)水平。

同樣，工控機也從I/O板卡的基礎(chǔ)上飛速向前發(fā)展，大規(guī)模集成電路和計算機本身的革命性發(fā)展給工控機提供了舞臺。工控機系列產(chǎn)品除了全系列的I/O板卡外，還發(fā)展了一體化工作站、帶電子盤的工控機、遠程RTU、適用于儀表行業(yè)的微型工控機、適用于視頻和多媒體行業(yè)的工控機、適用于通訊行業(yè)的帶監(jiān)控液晶屏的工控機、與PLC合一的特殊工控機以及防爆型工控機。

工業(yè)現(xiàn)場的應用環(huán)境要求PLC和工控機具有很高的可靠性，而可靠性是靠電磁兼容特性（EMC）和容錯技術(shù)來保證的。PLC和工控機要經(jīng)過嚴格的電磁兼容檢測，如輻射敏感度檢測、諧波/電壓波動/電壓驟降檢測、靜電/快速脈沖/雷擊檢測、電磁干擾檢測等。EMC保證了設(shè)備在本質(zhì)上的抗干擾特性。但是，要保證控制設(shè)備不出故障是不可能的。因此，采用容錯設(shè)計的系統(tǒng)對要求不能停機、不能失控的高可靠系統(tǒng)是十分重要的。目前重要的容錯設(shè)計技術(shù)有Watchdog和雙機熱備（包括主機、模塊和通訊介質(zhì)的熱備）。熱備系統(tǒng)的工作對用戶來說是透明的：即當故障發(fā)生時，所有對故障點的切除和數(shù)據(jù)的備份都是在zui短的控制周期內(nèi)自動完成的。此項技術(shù)的完成包括了設(shè)備硬件和軟件二個方面。圖2給出了PLC雙機冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖2 PLC雙機冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、PLC和工控機的軟件特性

PLC、工控機和現(xiàn)場總線為工業(yè)自動化提供了很好的底層控制硬件基礎(chǔ)。隨著軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，控制軟件不再是單調(diào)的數(shù)字和菜單操作界面，而是圖形化的人機交互工具。好的工控軟件包括了從底層的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫、控制邏輯運算到高層的人機圖形界面(MMI)。這里，我們從工控軟件體系結(jié)構(gòu)而不是個別軟件功能的角度介紹PLC和工控機的應用軟件應該具備的特性。

微軟為制造業(yè)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出了一個功能強大的概念，它包括了企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）和制造資源規(guī)劃（MRP）的主要功能、控制、人機界面與數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、批量控制與設(shè)備界面等，但它們同時增加了用戶成本以及共享數(shù)據(jù)的難度。

因此，在1998年，微軟公司引入了Windows分布式互連網(wǎng)絡(luò)應用的概念，簡稱Windows DNA。它是在企業(yè)內(nèi)將各種商業(yè)應用軟件進行無縫連接的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以使制造業(yè)的軟件開發(fā)商開發(fā)出強壯的、具有多種特性的產(chǎn)品，并使zui終用戶將其各自獨立的制造和商業(yè)軟件應用集成到一個數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)中去。

各個控制設(shè)備生產(chǎn)廠家如羅克韋爾自動化公司，通過其產(chǎn)品和與微軟的合作，正在將Windows DNA結(jié)構(gòu)引入制造業(yè)。這些公司在制造業(yè)軟件開發(fā)過程中具有自己的策略框架，如羅克韋爾互聯(lián)網(wǎng)應用結(jié)構(gòu)，或稱RNA，就是與微軟提出的為企業(yè)定義的DNA結(jié)構(gòu)緊密平行的一種。

建立在微軟的Windows NT和Windows 9X操作系統(tǒng)和用戶接受的微軟Office套件、微軟BackOffice工具的基礎(chǔ)上，微軟公司于1998年引入了DNA結(jié)構(gòu)。Windows DNA立刻被采納為連接在一個單獨的企業(yè)分布式大系統(tǒng)中多種產(chǎn)品的策略結(jié)構(gòu)。

DNA包含了傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)并允許組成可變結(jié)構(gòu)的Client/Sever系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高技術(shù)等級以及進行應用革新。Windows DNA的關(guān)鍵元素包括工具、集成存儲、商務過程、用戶界面和導航。
更詳細地說，DNA具有如下特征：

• 公共的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；

• 公共數(shù)據(jù)訪問；

• BackOffice工具和服務；

• 公共的應用底層結(jié)構(gòu)；

• 與微軟的Office應用集成；

• 強有力的開發(fā)工具；

• 可遺傳的系統(tǒng)集成工具；

正如微軟定義的那樣，制造業(yè)的Windows DNA包含了企業(yè)資源規(guī)劃/制造資源規(guī)劃，控制(不論其為分布式、基于PC的或PLC)、人機接口和SCADA，制造執(zhí)行系統(tǒng)、批處理和設(shè)備接口。沒有制造業(yè)的DNA，那么在這些應用功能之間的鴻溝只能由用戶界面和驅(qū)動設(shè)備來填補。這將會使業(yè)主系統(tǒng)的成本增加，并且由于數(shù)據(jù)格式問題而很難共享數(shù)據(jù)。

早在80年代中期，羅克韋爾自動化在其CIM版本中首先確定了將工廠底層與上位計算機系統(tǒng)連接的需求。但是，直到現(xiàn)在實現(xiàn)以上概念的軟件和硬件的核心技術(shù)才成熟，它們包括商業(yè)方面的應用如數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、人機界面（HMI）、批量控制（Batch）、MES、ERP接口、基于PC總線的控制和通訊。

以RNA結(jié)構(gòu)為例，它包括了：

1、操作系統(tǒng)平臺

包括了從zui早的Win3.1環(huán)境的人機界面和編程軟件到Windows NT開發(fā)全功能人機界面。隨著Windows CE的到來，一些公司正計劃提供基于CE的全套的PLC編程、人機界面和控制軟件。

2、COM和DCOM

建立COM（組件對象模型）和DCOM（分布式組件對象模型）使得產(chǎn)品具有互操作性、擴展性和靈活性。COM與其它工控軟件產(chǎn)品的結(jié)合增加了提供集成套裝軟件（ProcessPak和ControlPak）的能力，還增加了各獨立軟件的模塊化程度和促進某公司產(chǎn)品與其它廠家產(chǎn)品的集成能力。例如，羅克韋爾軟件RS SQL是一個數(shù)據(jù)登入和傳送處理的系統(tǒng)，采用COM技術(shù)提供連接控制系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的雙向，是支持制造業(yè)DNA數(shù)據(jù)庫環(huán)境的版本。

3、Visual Basic的應用

微軟認為VB是在DNA框架內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)部集成的關(guān)鍵技術(shù)。VBA為DNA結(jié)構(gòu)提供了三大益處，首先，它為zui終用戶提供不需要學習特定語言而能編制自己的實際應用程序的標準方法；其次，VBA提供了多個應用間共享數(shù)據(jù)或集成功能的方法，例如，它允許人機界面軟件可以利用微軟的Excel表格的功能，這是一個系統(tǒng)模型公司的產(chǎn)品，具有計算功能和生產(chǎn)計劃功能；zui后，zui終用戶如將內(nèi)嵌VBA產(chǎn)品集成到基于DNA的制造信息系統(tǒng)，它能夠使目前工業(yè)界眾多使用VB作為系統(tǒng)快速開發(fā)工具的工程師們提升其軟件產(chǎn)品。

4、ActiveX

ActiveX技術(shù)的應用日益廣泛，許多廠商推出的產(chǎn)品都支持ActiveX。羅克韋爾軟件公司首先為制造工業(yè)的應用軟件引入了ActiveX技術(shù)，并且是*個授權(quán)的軟件開發(fā)商，同時能將VBA嵌入到核心產(chǎn)品中去。

5、OPC－過程控制OLE

DDE是微軟為front-office應用開發(fā)的共享小量相對不變的數(shù)據(jù)的技術(shù)。與DDE不同，過程控制OLE技術(shù)面向制造環(huán)境的控制性能、結(jié)構(gòu)和可靠性而設(shè)計。微軟的制造業(yè)DNA確定了設(shè)備、控制應用和商業(yè)應用間應該具有開放性和互操作性接口特征（OPC）。羅克韋爾是OPC組織制定者和主要。OPC負責建立基于COM技術(shù)的應用規(guī)范，它允許所有的應用程序采用同樣的基于COM技術(shù)的接口去訪問數(shù)據(jù)，簡化了數(shù)據(jù)的采集和共享方法。

根據(jù)以上要求采用了制造業(yè)DNA的許多技術(shù)后，羅克韋爾還提供面向企業(yè)和工業(yè)的集成軟件包，如用于批量控制的RSBatch、RSView32、RSLogix等可用于對功能框圖進行編程。它們也利用COM集成、VBA和OPC為應用間提供互操作性和與企業(yè)的其它層連接?？刂栖浖€為連接I/O、PC總線的控制、編程、VBA和COM對象提供相同的互操作性。
制造業(yè)信息技術(shù)的zui高境界是采用無縫連接、投資有效、規(guī)模靈活和兼顧未來的發(fā)展的思想并在企業(yè)內(nèi)共享從工廠底層采集的數(shù)據(jù)。RNA的技術(shù)保證了其用戶用他們的現(xiàn)有軟件去實現(xiàn)基于DNA的環(huán)境。只有當企業(yè)能夠得到足夠的信息以制定更好的決策、將其供應渠道和運作結(jié)合起來，才能使其整個系統(tǒng)更接近用戶。雖然計算機硬件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已有很大發(fā)展，在軟件領(lǐng)域仍還有很多的工作要做。

四、PLC和工控機的網(wǎng)絡(luò)特性

現(xiàn)場總線技術(shù)是工業(yè)自動化zui深刻變革之一。PLC和工控機采用現(xiàn)場總線后可方便地作為I/O站和監(jiān)控站連接在DCS系統(tǒng)中?，F(xiàn)場總線是一種取代4～20mA標準，用于連接智能現(xiàn)場設(shè)備和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通訊技術(shù)，現(xiàn)場總線具有開放性和互操作性，它使得一些控制功能下移到現(xiàn)場設(shè)備中。

現(xiàn)場總線還可以處理復雜的事情：本質(zhì)安全、危險場合、多變量的過程以及法規(guī)要求嚴格的環(huán)境。PLC和工控機采用現(xiàn)場總線有以下益處：

1、互操作性

互操作性定義為在沒有任何功能損失的條件下，不同廠家的多個設(shè)備可以工作在一個系統(tǒng)中，互操作性允許工廠工程師可在相同的現(xiàn)場總線中集成不同廠家的設(shè)備，也允許工程師用別的廠家的設(shè)備來替換一臺現(xiàn)場總線設(shè)備。

2、更低的安裝費用

現(xiàn)場總線將極大地降低工廠zui初的費用，包括簡化接線、更少的接線端子排和簡化了的儀表選型。此外，減少的費用還有：簡化了圖紙、簡化了控制系統(tǒng)的工程實施、減少了用于連線、接線柜和接線盒的費用。通過把控制功能轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場，控制系統(tǒng)的費用也降低了：減少了DCS所需的空間，減少了控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，減少了機柜的空間和I/O接線端子排?，F(xiàn)場總線將能提供在線的遠方數(shù)字通訊，可用來實現(xiàn)更快的調(diào)試、更快的診斷，降低安裝和調(diào)試設(shè)備的人工費用。

3、更低的維護費用

現(xiàn)場總線將擴大操作人員觀察整個過程的視角，這樣，可以方便和有效地進行維護和過程管理，加快查找和消除故障的速度?，F(xiàn)場總線可以實現(xiàn)在線診斷，更方便的標定和預測維護性。

4、改進性能

隨著控制功能從DCS轉(zhuǎn)移到單獨的控制回路，由于就地控制更快，更準確，系統(tǒng)的集成度和可靠性也增加了?，F(xiàn)場總線還能充分利用具有多傳感器設(shè)備的優(yōu)點，因為在一對導線上允許多個信息流動。

由于現(xiàn)場總線使得更容易從現(xiàn)場獲取設(shè)備信息，工廠操作員和管理人員能夠?qū)ζ溥^程進行更嚴格的控制，從而改進性能、增加過程的可用性和一致性。

現(xiàn)場總線不僅是一種信號通訊協(xié)議，還是一種全新的控制過程的方法。目前，在PLC和工控中使用的主流現(xiàn)場總線協(xié)議有西門子的ProfiBus，羅克韋爾自動化的ControlNet和DeviceNet以及基金會現(xiàn)場總線FF等。以下以ControlNet和DeviceNet為例介紹工業(yè)自動化中的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和通訊技術(shù)。

控制網(wǎng)（ControlNet）是近年來推出的一種新的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理介質(zhì)鏈路上提供時間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報文數(shù)據(jù)，包括程序的上載/下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和點對點的報文傳遞等通訊支持，是具有高度確定性、可重復的高速控制和數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)，I/O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大提高。

ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費者（Producer/ Consumer）模式的網(wǎng)絡(luò)，允許在同一鏈路上有多個主控制器共存，支持輸入數(shù)據(jù)或點對點信息的多路發(fā)送，大大減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。

ControlNet 是高度確定性、可重復的網(wǎng)絡(luò)。所謂確定性就是預見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕说哪芰?，而可重復性則是指數(shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況影響而保持恒定的能力。在實際應用中，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時選擇性設(shè)定有計劃I/O分組或互鎖時間，這些要求能得到更進一步的保證。因此，ControlNet非常適用于一些控制關(guān)系有復雜關(guān)聯(lián)，要求控制信息同步、協(xié)調(diào)實時控制、數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的應用場合。如協(xié)同工作的驅(qū)動系統(tǒng)，焊接控制，運動控制，視覺系統(tǒng)，復雜的批次控制，有大量數(shù)據(jù)傳送要求的過程控制系統(tǒng)，有多個控制器和人機界面共存的系統(tǒng)等。對于有多個基于PC的控制器之間，不同PLC之間或PLC和DCS之間存在通訊要求的場合， ControlNet非常適用。 ControlNet允許多個各自擁有自己獨立或共享的I/O的控制器之間相互通訊或以靈活的互鎖方式組織。由于其突出的實時性、確定性、可選的本征安全等特性，越來越多地應用于過程控制等要求較高的應用場合。

ControlNet是開放的現(xiàn)場總線，截止1999年底在*范圍內(nèi)已經(jīng)擁有包括Rockwell Autom-ation、ABB、Honeywell等近70家廠商組成的成員單位，由獨立組織——控制網(wǎng)（ControlNet International）負責管理，該組織旨在維護和發(fā)行ControlNet技術(shù)規(guī)范，管理成員單位的共同的市場推廣工作。同時提供各個廠商產(chǎn)品之間的一致性和互操作性測試服務，保證 ControlNet的開放性。

控制網(wǎng)的通訊是基于一種全新的通訊模式：生產(chǎn)者/消費者通訊模式。工業(yè)控制要求控制網(wǎng)絡(luò)提供越來越高的生產(chǎn)率、更高的系統(tǒng)性能，同時又提供確定性的、可重復的、可估計的設(shè)備間通訊。單純提高波特率或單純提高協(xié)議效率，都不能從根本上解決問題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊模型是源/目的型或者稱點到點的通訊方式，這種方式的優(yōu)點是通訊的內(nèi)容和形式都十分明確，在傳送的報文中都包含了明確的源和地址信息，但是在源/目的網(wǎng)絡(luò)模式下，當同一數(shù)據(jù)源上的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)上其它多個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須經(jīng)過多次才能實現(xiàn)，這就大大增加了網(wǎng)絡(luò)的負擔，降低了通訊的效率。另外，由于數(shù)據(jù)到達不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時間可能因網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)目的不同而變化，不同節(jié)點之間的同步就變得困難，通訊的實時性不能得到保障。

不同于以往的通訊模式，生產(chǎn)者/消費者模式允許網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點同時存取同一個源的數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)者/消費者模式下，數(shù)據(jù)被分配一個*的標識，根據(jù)具體的標識，網(wǎng)絡(luò)上多個不同的節(jié)點可以接收到來自同一發(fā)送者的數(shù)據(jù)，其結(jié)果是，數(shù)據(jù)的傳輸更為經(jīng)濟，每個數(shù)據(jù)源一次性把數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，其它節(jié)點選擇性的收取這些數(shù)據(jù)，不浪費帶寬，提高了系統(tǒng)生產(chǎn)率，通訊效率提高，數(shù)據(jù)只須產(chǎn)生一次，不管有多少個節(jié)點需要接收這個數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過同樣的時間傳送到不同的節(jié)點，可以實現(xiàn)通訊的同步。

DeviceNet是一種用于連接工業(yè)設(shè)備(如限位開關(guān)、光電傳感器、閥門、電動機啟動器、過程傳感器、條型碼讀入器、變頻器、屏幕顯示和操作界面等)與網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線，其特點是成本低、開發(fā)容易、支持的廠家多并且不需要昂貴的連接線路。

DeviceNet是一個開放式的協(xié)議，它zui初是由美國羅克韋爾自動化公司開發(fā)應用。目前，DeviceNet技術(shù)屬“開放DeviceNet廠商協(xié)會”歸ODVA組織(Open DeviceNet Vendor Associaiton)所有和推廣。ODVA在世界范圍擁有300多家自動化設(shè)備廠商的會員（如羅克韋爾自動化、ABB、歐姆龍）。中國的ODVA組織由上海電器科學研究所牽頭成立，目前正積極推廣該技術(shù)。設(shè)備廠商只要參加ODVA組織，就可以得到有關(guān)DeviceNet協(xié)議標準，還可以加入產(chǎn)品討論組來得到產(chǎn)品開發(fā)的幫助。DeviceNet產(chǎn)品的開發(fā)并不復雜。設(shè)備DeviceNet是基于CAN的技術(shù)。作為一種串行通訊技術(shù)，CAN是80年代中后期適應汽車控制網(wǎng)絡(luò)化要求而產(chǎn)生并迅速發(fā)展起來的，并已成為開放的標準通訊協(xié)議（ISO 11898），在包括工業(yè)自動化在內(nèi)的眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

DeviceNet在1994年問世，1995年成為開放協(xié)議，并由ODVA負責推廣，在北美及亞太地區(qū)都有日益廣泛的應用。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可采用五線制電纜，它包括了二條信號線，二條24V電源線和一條屏蔽線。DeviceNet設(shè)備可以從網(wǎng)絡(luò)上直接獲得電源，并能在線地從網(wǎng)絡(luò)上連接和切下設(shè)備。

DeviceNet的應用優(yōu)點有：

• 它是一種支持多方廠家產(chǎn)品互操作的開放式通訊標準；

• 能快速方便地安裝；

• 是一種考慮未來的設(shè)計，能根據(jù)擴展和變化需要來方便地增加功能；

• 由設(shè)備內(nèi)部的智能機制提高運行效率；

• 通過數(shù)據(jù)生成源/消費源通訊結(jié)構(gòu)提供的帶寬；

• 可不斷電地在線對設(shè)備組態(tài)和增加設(shè)備。

現(xiàn)場總線網(wǎng)、智能化設(shè)備儀表的發(fā)展，不可避免地影響著DCS的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以看到的一個明顯的趨勢是DCS的進一步分散化。傳統(tǒng)的DCS，在I/O控制站這一層仍然是一個集中式的結(jié)構(gòu)，有些系統(tǒng)出于成本或其它方面的考慮，將I/O控制站的規(guī)模做得很大。這種考慮包括：高性能CPU的價格己降得很低，為了充分發(fā)揮CPU的能力，可以將一個I/O控制站的點數(shù)、回路數(shù)擴充，以降低成本。但是這種設(shè)計提高了危險性的集中度，如果為了提高可靠性增加冗余措施，系統(tǒng)成本仍然會上升，因此并不是一個理想的解決方案。從當前的發(fā)展趨勢看，利用現(xiàn)場總線網(wǎng)和智能化設(shè)備、智能化儀表，加上通用的工控機*可以組成一個小型的DCS，這就對傳統(tǒng)的DCS提出了挑戰(zhàn)，因為基于現(xiàn)場總線網(wǎng)的DCS具有很多*性，無論從系統(tǒng)的成本上、可靠性上，安裝使用、維護的方便性及可擴充性上都有很大的優(yōu)勢。那么，傳統(tǒng)的DCS將如何發(fā)展才能接受這個挑戰(zhàn)呢？

答案是明確的，只有在I/O控制站這一層進一步分散化，采用現(xiàn)場總線網(wǎng)技術(shù)，形成以現(xiàn)場總線網(wǎng)基礎(chǔ)的、以智能I/O模塊構(gòu)成的分布式控制站。也就是說，將過去DCS中集中式的I/O控制站變成分布式的控制站，在傳統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)的下一層再引入一層現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，形成設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)、控制級網(wǎng)絡(luò)和管理級網(wǎng)絡(luò)這樣三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此來滿足不斷提高的應用需求。

DCS在形成了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以后，基本控制單元深入到了設(shè)備控制這一級，向上，DCS的功能延伸到管理控制級，逐步形成了一個較完整的控制、管理一體化的體系結(jié)構(gòu)。

圖3給出了一個典型的工業(yè)自動化系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其低層是以DeviceNet現(xiàn)場總線將設(shè)備、PLC的遠程I/O點連接在一起的設(shè)備層、中間是以ControlNet（或DH+、DH485等）將PLC、工控機以及操作員界面連接在一起的控制層網(wǎng)絡(luò)，而上層的Ethernet以PC或工作站為主完成管理和信息服務任務。三層網(wǎng)絡(luò)各司其職，代表了工業(yè)控制的典型結(jié)構(gòu)。

圖3 典型工業(yè)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

五、結(jié)論

隨者微機的軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的技術(shù)進步。而PLC及工控機作為工業(yè)控制的設(shè)備基礎(chǔ)，通過技術(shù)的不斷革新，在工業(yè)控制中的地位日益加強，并且成為實現(xiàn)工業(yè)控制技術(shù)進步的主要工具。