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PLC中的现场总线工业以太网是什么
发布日期:2023-10-10
1、从PLC应用推广开始,一些仪表也开始具备更多的功能,比如传递诊断信息、支持设备管理的功能。这些功能伴随着物理层通信链路的演进,发展为现场总线、工业以太网,以及无线传感网等技术。

根据HMS发布的数据,2020年,现场总线、工业以太网和无线传感网的市场分布中,工业以太网的比重已经越来越大。整体来看,仍然呈现出非常碎片化的份额。、

现场总线、工业以太网、无线传感网市场份额

从国际标准的角度看,IEC 61158所定义的现场总线和工业以太网的国际标准,目前已经达到了28种类型。在不同的国家地区,不同的行业,不同的厂商,都有自己的领域。值得一提的是,这28种类型中,也有来自中国的EPA和AUTBUS标准协议。

2、在传统的PLC/DCS控制系统中,仪表是通过IO模块接入到控制系统中。控制系统所在的控制柜,无疑是所有设备接线的汇聚点,下面这些图片,无论杂乱或有序,都是这种汇聚场景的写照。

DCS/PLC:仪表通过点对点方式接入控制系统的IO模块


如果现场的仪表可以不通过IO模块汇聚,而是在一条总线上工作,进入控制回路,那么进入控制系统的仅需要一条总线或者以太网就可以了。如果是基于无线的通信,那么甚至可以做到机柜内没有信号线接入。这就是典型的现场总线控制系统,即FCS(Fieldbus Control System)的使用场景。

FCS:仪表通过一条总线接入控制器
3、将现场总线或工业以太网引入到控制回路中,意味着前文探讨的关于“准”(实时性)、“稳”(可靠性)、“快”(响应速度)的要求,从控制器与IO模块之间,扩展到控制器与现场仪表之间。

标准的DCS/PLC使用场景中,现场仪表与IO模块通过点对点的硬连线直接接入。在这个连接上,无需考虑实时性和可靠性的问题,而对速度的要求,也仅体现在传输电信号本身。

如果没有IO模块,现场仪表通过现场总线或工业以太网直接进入控制器,那么在总线或以太网上,就必须考虑类似IO模块与控制器之间的通信问题。此外,标准DCS/PLC系统中,作为内部通信时,IO模块和控制器之间有相当比例的是私有协议,但是在FCS的场景中,因为要接入各种仪表,这一协议就是开放协议。从私有协议到开放的标准协议的跨越,意味着关于实时性和可靠性等要求,需要考虑的更加的严谨和仔细,实现时需要有更全面的场景。如果把FCS的应用场景扩展到无线通信,除了上述问题之外,无线通信本身的可靠性,开放环境下的安全性(Cybersecurity),是需要继续追加考虑的问题。场景和问题的多样,也推高了技术的复杂度,从而导致了成本的上升。这也就是FCS虽然提出了快30年,但仍未取代DCS/PLC的原因。


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