工业底层设备的两种通讯方式：现场总线和工业以太网

在工业4.0时代，各种通信技术的蓬勃发展为企业实现智能化和自动化带来了诸多可能。尤其是在工业互联网的技术构架中，需要通过车间现场各类通讯方式接入不同设备、系统和产品，采集并上传海量数据。目前，在工控领域，车间现场应用最广泛的是工业以太网技术和工业现场总线技术，为工厂实现自动化带来有力推动。本文将介绍工业底层设备的两种通讯方式：现场总线和工业以太网。

现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络，连接最底层的现场控制器和现场智能仪表设备以及自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，并遵循ISO/OSI开放系统互联参考模型的全部或部分通信协议。开放系统互连参考模型（Open System Interconnect 简称OSI）是国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

第一，根据工厂自动化信息网络分层结构（工厂管理级、车间监控级、现场设备级），可知现场总线位于生产控制和网络机构底层，是工厂底层设备之间的通信网络。工厂底层应用现场总线技术的好处，在于可以实现工厂信息纵向集成的透明通信，即从管理层到自动化底层的数据存取。

现场总线大致出现在上个世纪80年代末到90年代初期，当时，随着生产规模的日益扩大，工厂的设备有了互联的需求（此阶段的互联需求主要定位于远程的I/O数据传输，以及产线内部不同设备的数据交换）。企业希望通过综合掌握多点的运行参数与信息，进而实现多点信息的操作控制。但受制于当时的技术水平，计算机系统存在系统封闭的缺陷，各个厂家的产品都是自成体系，不同厂商之间的设备不能实现互联互通，想实现更大范围信息共享的网络系统还存在很多困难。

由于现场总线的标准化制定存在一定的难度，人们开始寻求新的工业通讯出路，这时候以太网技术出现在人们的视野。以太网最早出现于1970年代，之后按照IEEE 802.3实施了标准化，现在是指符合IEEE 802.3标准的局域网(LAN)产品组。以太网技术因其技术简单、开放性好、价格低廉等特点，在办公和商务上的市场占有率非常高。

工业以太网最大的优势在于：可以满足控制系统各个层次的要求，使得企业的信息网络和控制网络能够实现统一，网络集成相对容易，速度快，开发技术广泛，硬件升级范围广，价格低廉，容易获得众多厂商的支持。具体表现在：

（2）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。

（3）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

 图2.工业以太网结构图（图片来源网络）

目前比较有影响力的实时工业以太网有：西门子的PROFINET、横河Yokogawa的VNET/IP、倍福的EtherCAT、东芝Toshiba的TCnet、施耐德的Modbus-IDA、贝加莱的Powerlink、浙大中控的EPA等。

来源：控制工程网