以太网推动了现场总线的发展

　　现场总线网络已经使用了十多年了，在全球的工业自动化应用中展现了它的价值。大多数的情况下，过程工厂中的现场总线网络用于连接现场设备和上位计算机系统。
　　这里讨论的现场设备通常是仪表、分析仪和调节控制阀。最常用的仪表类型是温度、压力、流量和液位变送器－虽然一个典型的过程工厂也包含很多其他类型的过程变量变送器。
　　常用的分析仪类型是测量参数的化学成分，比如湿度、二氧化碳、甲烷和其他气体和液体。调节控制阀提供了连续的液体和气体的流量控制。

　　连接现场设备的上位计算机系统包括控制系统、企业资源计划（ERP）系统和资产管理系统。这里讨论的控制系统通常是基本过程或者调节控制系统。其他连接现场总线设备的控制系统包括先进过程系统和安全系统。
　　现场设备通过具有高速数据通信的现场总线连接上位计算机系统的好处包括：
　　• 联网设备的配置和健康管理，节省了成本；
　　• 联网设备的电子文档，节省了成本；
　　• 预先维护，提高了运行时间；
　　• 预先维护，提高了性能；
　　• 预先维护，降低了维护成本。
　　几乎在所有的场合，现场总线都取代了设备的硬接线，如：从现场仪表到控制系统的4-20mA连线。这个4-20mA信号用于把测量的过程变量传送到过程控制系统。
　　相反，现场总线提供了一种高速双向数据链路，在现场设备和控制系统之间可以传送数量广泛的信息。最重要的信息是仪表健康方面的相关数据，在需要预先维护的场合，它们可用于上位计算机系统进行校准安排。
　　校准安排仅在需要替换周期性维护的场合，可以节省维护费用，因为现场设备在它的工作参数之内是不需要校准的。当需要时，校准可以改进性能，因为在关键的现场设备需要经常进行校准，减少可能超限的漂移。
　　预先维护可能是现场总线系统带来的最重要的收益了。使用现场总线提供的数据，工厂可以在问题发生之前预先发现它们。这样维护工作可以事先安排，而不是等问题发生了再反应，节省了费用，改进了安全。
　　但预先维护的主要收益是避免宕机。如果一个现场设备出现失效，通常进行维修和替换设备时要使整个流程停下来。
　　现场总线是一种对许多数字工业网络的统称，包括但不限制，如：基金会现场总线（Foundation Fieldbus），哈特（HART），EtherNet/IP，Modbus TCP和Profibus。很多现场总线网络，包括上面提到的，因为各种原因，正在转移到基于以太网的协议。

　　为什么要使用以太网？
　　现场总线的收益在多年多种的过程应用中，已经很好地归档，大多数已经安装的现场总线使用的都是专有协议，这和基于以太网的协议正相反。而基于以太网的现场总线可以提供更好的性能，造价也更低，并且安装简单，维护容易。
　　当在商业领域中提及以太网这个术语时，它通常是指使用TCP/IP协议的以太网网络。在工业领域，术语以太网只是特指底层的硬件，而不包括协议，协议可以由用户按自己喜好选择使用。坏消息是有很多相互竞争的工业以太网协议。好消息是所有协议都可以运行在同一个以太网硬件上，而且还是同时的。
　　一个很好的性价比也许是转换到以太网的主要因素。就在几年以前，一个领先的现场总线网络组织还在吹嘘一个事实：使用他们专有协议的现场总线设备，在10年的时间里销售了1百万。这个数量比起其他的竞争对手可能印象深刻，但比起全球范围内以太网设备的安装数量，微不足道。

　　作为用于计算机连接的领先协议，全世界的以太网安装节点有几十亿，大多数是商业应用。巨大的数量产生了规模经济效应，使得以太网硬件的价格不断地下降，性能不断提升。因为以太网是全世界标准，供应商通过性价比竞争，所以有着极大动力推动更好的产品应运而生。
　　现场总线组织采用了商用以太网规模经济的优势，推出了高速度低价位的网络。高速度实现了监视应用的快速更新。根据控制过程的特性，高速可以实现实时控制。
　　因为以太网的广泛使用，安装和维护是非常容易的。有几个原因，第一，对比起专有网络，很容易找到熟悉以太网的技术人员。第二，用于安装和诊断的硬件和软件工具非常的多，而且便宜。最后，有可能依靠公司和工厂的IT人员支持和维护，因为IT人员了解以太网。 经过融合他们的工业和办公室网络，最终用户只有不多的网络需要维护，当集成技术和通信时，得到的是更多的收益。
　　以太网提供了比现场总线更多的好处，很多用户在不同应用中获益。特别是，以太网连接性使现场总线可以连接到可编程自动化控制器（PAC）层。

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　　直接的是最佳的
　　当从一个城市飞到另一个城市，直飞航线总是比需要换乘的航班要好。同样的道理也适用于现场总线连接到上层的上位计算机系统，直接从现场总线设备连接到一个ERP或者资产管理系统比通过中间的控制系统转接更好。
　　旁路控制系统而直接连接一个上位计算机系统，像一个ERP或者资产管理系统，使用以太网型的现场总线更加容易实施。这是因为多数上位计算机系统都使用以太网进行通信。
　　在典型的过程工厂，多数现场总线设备不直接与实时控制相连，而是主要用于监视。一些设施有高达70%的现场设备与控制功能没有任何关系。所以，每个现场设备必须连接到控制系统的假设这是不正确的，也没有发挥它们的应有价值。
　　比如，环境应用诸如EPA（美国环保署）的监视和报告需要多种现场设备，而它们不需要连接到控制系统。ERP应用诸如存储管理需要现场设备的输入，但不需要毫秒级的更新速度，或者控制系统需要的确定性。

　　旁路控制系统提供了很多好处。首先，直接连接消除了中间的硬件设备和软件系统。其次，现场设备的问题不再是控制系统的一部分，不用加入到整体的验证和维护程序。再次，现场设备的访问可以通过已有的IT安保系统来控制。
　　这些来自现场设备的非关键性信息，可以通过标准的以太网和无限网关，直接传送到过程监视应用。不仅主要信息发布到整个定义的工程单元，而且设备状态可以通过事件驱动或者周期发送的方式，不断地得到监视和通信。
　　工作在网络层的远程服务工具和资产管理应用，也可以配置和管理连接的设备。标准IT安保和数据管理工具可以用于访问控制。

　　现场总线以太网促进了PAC的应用
　　在早期的使用中，多数现场总线控制系统是DCS的变种。现在，以太网提供了一个公共通信协议，现场总线成为PAC控制系统的可选项。这样可以降低过程控制系统的费用，因为通常PAC比DCS系统要便宜。
　　领先的制造商用以太网覆盖了办公和制造领域，使用结合PAC和EtherNet/IP－使现场总线设备提高了产品质量、推动了绿色制造和增强了生产效率。如在他们的一个工厂，制造商使用一台PAC做为他们主实时控制平台。PAC采用了内置的EtherNet/IP，所以工厂选择了支持这种协议的设备，做为他们以太网型的现场总线。

　　因此，一台支持EtherNet/IP的流量计用于测量和控制质量流量在一个工厂的连续过程相关的着色控制。制造商会进行现场试验比较，选择具有较高精度的质量流量计。通过EtherNet/IP直接把仪表连接到PAC，提供了多种收益。当现场设备通过以太网型的现场总线连接了控制系统、资产管理系统和ERP系统，这些流量仪表能提供更多的价值
　　这种仪表具有同时测量多种参数的能力，包括质量流量、产品密度、过程温度、体积流量、浓度和粘性。工厂希望能够监视这些参数，但不希望有多条线路，使用的解决方案是使用高速的100兆EtherNet/IP协议。
　　工厂可以使用仪表的先进诊断参数监视功能，预先判断对过程的影响，来自涂层、零件组合、腐蚀、和乘有气体的条件。在问题发生之前进行预测，提前进行预先维护，减少了费用，减少了宕机时间。
　　这些应用的更多的明显好处包括了减少40%的设备调试时间，减少了25%的回路识别、 设备集成和过程回路整定时间。做为一个网络节点，马上就可以识别一台仪表，这是另一个收益，与仪表的透明性一起，可以从工厂车间到企业系统。
　　毫无疑问，现场总线将不断朝着基于以太网的方向发展。为了保持竞争，现场总线组织将不得不采用以太网带来的性价比的优势。
　　最终用户将需要以太网型的现场总线，从现场设备简单、直接地连接到控制系统或者上位计算机平台，诸如DCS、PAC和ERP、资产管理系统。随着过程工厂PAC使用数量的增加，以太网式的现场总线将会非常普及和自然。
　　越来越多的工厂技术人员会更加熟悉以太网，鼓励以太网在过程工厂中的使用。内部的IT人员也会喜欢以太网型的现场总线，因为它们和公司的计算机系统网络是相似的。以太网型现场总线的这部花车正不断前进，供应商和最终用户也正在欢呼雀跃。

　　不是所有以太网现场总线都是一样的
　　现场总线组织都喜欢鼓吹他们的以太网是最好的，大多数都附着在商用的TCP/IP以太网基础之上，同时可以提供工业应用需要的实时性和可靠性。而这些告白需要最终用户和系统集成商去判断，毫无疑问，以太网型的现场总线有着很多的不同，而且经常还不能兼容。
　　比如，EtherNet/IP和PROFINET是以太网型的现场总线，但不一定能混合和搭配使用， 依附在这两个标准的网关和/或者转换器也是不一样的。用另外的话讲，一个支持 PROFINET的现场设备不能直接连接到具有EtherNet/IP端口的可编程自动化控制器（PAC）上。
　　解决这种问题的一个办法是仅使用兼容相同现场总线的现场设备和控制器。不幸的是， 这通常是行不通的，因为多数过程工厂已经存在了遵从于不同现场总线标准的现场设备。
　　甚至在一个绿色工厂或者过程中，通常不可能从供应商购买只依附一种以太网型现场总线标准的现场设备。不经常使用的某些特殊仪表、分析仪和控制阀，如果需要使用现场总线连接到控制系统或上位计算机系统，也要考虑它们能够支持的网络标准。
　　为了处理这个问题，很多供应商开发了网关设备，可以把一种以太网现场总线的协议之后成另一个协议。比如，有一种网关可以把Modbus TCP现场设备连接到具有EtherNet/IP 端口的PAC上。
　　虽然网关方案解决了不兼容的问题，最好还是避免使用这种方法。有以下的原因。第一，网关增加了现场总线安装的总体成本。第二，网关增加了设计和维护的复杂性。最后，网关需要附加的维护备件和存储需求。
　　Foundation Fieldbus 高速以太网有希望成为工业标准，但不是所有DCS厂商都打算支持。最终用户希望一种以太网现场总线兼容所有标准还要等待很长时间，在这之前，最好使用兼容的组件，最大限度的可扩展，必要时使用网关。

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