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聚焦发展中的现场总线——访知名企业的总线专家

信息来源:chuandong.biz  时间:2006-08-30  浏览次数:135

  前言:现场总线技术自上世纪70年代诞生以来,因其数字化、智能化与网络化等方面的优越性,日益成为自动化控制领域发展的热点之一。目前,国内、外的现场总线有60几种之多,由于这一新技术所具有的潜在而巨大的市场前景,导致近年来各种总线标准层出不穷,在商业利益的驱动下和技术发展需求下,总线之间的竞争愈演愈烈。那么,在现场总线标准尚未统一之前,业界人士对总线产品、产品技术市场和未来发展之路的态度显得尤为重要。为了了解目前现场总线运用之状况,特邀请西门子、中国CC-LINK、菲尼克斯、倍福、HMS等知名企业的总线专家,请他们谈谈对现场总线产业的看法。
  工业控制总线化方式占据了非常大的优势,您认为贵公司的总线产品在更新换代方面是否做好了准备?近期有没有新型的总线产品推出计划?
  李凯 西门子公司工业通讯网络产品经理
  李凯:西门子一向是一个以技术创新,引导世界技术发展潮流的一家公司,针对不同的应用需求,开发了多种总线技术,如:EIB,ASI, PROFIBUS 等,其中PROFIBUS是世界上最重要的总线标准之一。西门子主导的PROFIBUS 现场总线在推出的十几年的时间,安装的节点数和市场占有率保持着行业内的领先地位。 在PROFIBUS 成功应用之后,西门子又推出了性能更高,功能更强大的工业现场联网技术,即PROFINET 工业以太网。
  覃强:在工业控制总线方面,更新换代是必不可少的赖以生存和发展的条件。自从1996年11月CC-Link诞生以来,我们不断更新换代,新的协议和兼容产品不断出现,总线协议已从原有的VER1.0,VER1.1,VER1.11等版本提升到能进行大容量数据通讯的VER2.0版本,并开发出来强化数字量通讯的CC-Link/LT,目前CC-Link新品,强化在传输机械类安全系统中的紧急停止信号等安全数据的通讯的CC-Link Safety产品业已推出,目前CC-Link协会拥有近750家会员,其兼容产品超过750种,其种类不断丰富丰满。我相信,随着CC-Link的不断努力和完善,将在市场竞争中占据有利位置。
  孙林宝:我公司已经在产品更新换代方面已经做好了充足了的准备,在不断巩固并研发IEC61158标准八大总线之一的INTERBUS产品之外,还开发了PROFIBUS、MODBUS、DeviceNet、CANopen、CC-LINK、SERCOS、ETHERNET等总线协议产品,成为全球范围内的现场总线专家。随着工业以太网技术的不断发展,菲尼克斯电气同时也是PROFINET协议两大主要研发者之一,主要从PROFINET I/O及光纤相关的技术研发,同时也是北美ODVA国际组织ETHERNET IP协议的重要研发者和连接技术标准的制订者。近期将不断丰富已经推出不久的PROFINET、ETHERNET IP、MODBUS TCP工业以太网协议等相关产品。
  梁力强:一直以来,Beckhoff致力于PC控制技术的发展,不断提出前瞻性的理念,并开发出业界领先的总线技术。Beckhoff总线产品种类齐全,涵盖了总线端子模块、IP67防护等级的总线端子盒、各种现场总线接口的总线耦合器,以及EtherCAT实时工业以太网技术。尤其是EtherCAT实时工业以太网技术突破了传统现场总线技术的瓶颈,最大化利用以太网的性能,可以用线形拓扑结构来取代以太网常用的星形结构,也可以采用网络交换机进行布线。这便是一种与现代工业PC强大运算能力相匹配的通信技术,引领了现场总线新一代技术的发展方向。
  Beckhoff不断推出新的总线产品,以适应用户需求。例如,Beckhoff新近推出了紧凑型IE2808 IP-Link扩展端子盒,专为直接连接D形插头的阀岛端子而设计。防护等级为IP67,提供16路数字量输出,用于连接数字量执行器,安装面积仅为30 x 126 mm,支持PROFIBUS、 DeviceNet、CANopen和Ethernet等多种总线接口。
  赵健颖:HMS公司的企业远景就是:"所有自动化设备将智能化和网络化,HMS致力于成为工业网络互联市场的领导者。" Anybus是HMS公司产品的品牌,主要致力于提供多种网络的接入和互联。具体产品包括:为设备制造商提供的嵌入式网络接口模块和为系统集成商提供的网关产品。
  Anybus 产品系列支持所有主流工业网络,也会随着网络技术的发展和新标准的出现而不断推出新产品。近期,HMS将支持一系列新型的总线和工业以太网标准,包括PROFINET RT和IRT、EtherCAT和PowerLink等。
  现场总线在OEM客户中已经越来越作为一种基本配置,您认为贵公司的产品适合做OEM化产品吗?优势在哪里?
  李凯:OEM客户作为西门子的合作伙伴,西门子是非常愿意与之共享科技成果的。在总线接口OEM方面我们也推出了嵌入式PROFIBUS接口芯片,通过这颗芯片,客户可以很容易的将其生产的设备集成到PROFIBUS总现场来。
  对于西门子新一代联网技术,PROFINET 我们也开发了其接口芯片,即ERTEC PROFINET芯片。
  覃强 CC-Link中国首席代表
  覃强:自从CC-Link产生开始就受到了众多OEM客户的重视和青睐,这是保证我们赖以生存和不断发展的重要因素。OEM客户在兼容产品的开发上给我们提供了很大的帮助和技术支持,目前我们CC-Link的兼容产品数量巨大,种类繁多,具备了广大的应用空间。整个CC-Link的底层通讯协议是基于EIA485总线协议,是一个开放式的现场总线协议,其使用简单,节省成本,又能提供高速大容量的数据通讯,深得用户喜欢,也是OEM客户选择的关键。
  孙林宝:随着现场总线技术的不断发展和客户接受度的搞高,必然将在更多的领域实现OEM化。
  主要优势有:
  (1)现场总线的鼻祖,INTERBUS的发明者。拥有更多的现场总线领域的技术和经验。
  (2)PROFINET的两大主研发者,ETHERNET IP 相关连接技术标准的制订者。
  (3)所有的模块工作温度为:-25℃-55℃,适用于中国广阔地理位置及四季分明的温度范围。
  (4)支持市场上的绝大多数主流现场总线协议:INTERBUS、PROFIBUS、MODBUS、DeviceNet、CANopen、CC-LINK、SERCOS等,以太网协议:ETHERNET、PROFINET、ETHERNET IP、MODBUS TCP,名符其实的全球市场的现场总线专家。
  (5)丰富的产品范围,有功能强大的模块化系列和经济型的一体化系统产品。数字量从1、2、4、8、16、32点,模拟量输入从2、8点,模拟量输出1、2、4点,以及丰富的电源模块、电源分段模块、计数模块、编程器测量模块、应力测量模块、热电偶模块、热电阻模块、运动控制模块、回路控制模块、安全模块、伺服模块、电机启动器模块、变频器模块、通讯模块等。
  (6)数字量输入量滤波时间为纳秒级、模拟量大多数为16位分辨率,经济型模块为12位分辨率。
  (7)使用DIN导轨安装方便、快捷,单模块仅12.2mm,模块及前连接器的颜色标记功能,耦合器丰富多彩的连接形式。
  (8)宽广的供电电压范围:19.2V DC-30V DC等。
  梁力强:Beckhoff产品堪称OEM化产品的理想选择,这归功于Beckhoff产品高度的开放性和灵活性。
  Beckhoff为所有通用的输入/输出信号和现场总线系统提供全系列的总线产品,包括总线端子、现场总线端子盒、光导总线、现场总线PC接口卡和现场总线组件。用户可以根据具体的应用情况选择任何一种现场总线,包括EtherCAT、LIGHTBUS、PROFIBUS、InterBus、CANopen、DeviceNet、ControlNet、CC-Link、Modbus、Fipio、SERCOS、RS485、RS232、Ethernet TCP/IP等,而不必依赖于正在使用的总线系统。
  此外,Beckhoff产品采用标准化设计。例如,采用Beckhoff的4线制端子系统后,各种不同信号的传感器和执行元件都可以直接与I/O模块连接而不需要其他的连接系统,这样可大大减少控制器的设计成本,可以节约空间、材料、工程量和资金,易于维护。
  赵健颖 :Anybus产品在全球的主要业务形式就是OEM。十年前Anybus概念的提出就是为了满足设备制造商对实现多种现场总线的需求。目前,众多的世界知名自动化企业就是通过Anybus嵌入式产品实现对多种现场总线的支持,其产品包括变频器、仪表、机器人、阀岛等设备。通过Anybus技术实现现场总线,一方面大大减少了总线开发的工作量,另一方面通过一次开发可以实现所有主流现场总线。而在当今多现场总线标准共存的市场格局下,这些优势正是很多OEM用户所梦寐以求的。
  现场总线的IO功能涵盖广泛,包括从逻辑控制、运动控制到测量应用,贵公司的产品主要侧重在哪些方面?哪些方面具有优势?
  李凯:对于PROFIBUS 总线西门子开发了三个标准,PROFIBUS DP,PROFIBUS PA, PROFIBUS FMS。其中PROFIBUS DP 是一种侧重于逻辑控制和运动控制总线标准; PROFIBUS PA 是一种侧重于过程控制的总线标准, PROFIBUS FMS是一种侧重于系统网络化的总线标准。
  新的PROFINET 是一种融合了三种标准与一体的新一代工业联网技术,针对不同的应用,使用相同的网络技术,不同的网络产品就可以满足客户的需求。
  覃强:作为一种现场总线,CC-Link在应用过程中,其各种IO功能(逻辑控制,运动控制,测量应用和过程控制等)是相辅相成,密不可分的。在各种现场控制中,CC-Link基于能进行高速大容量的数据通讯的特点,能够将其各种IO功能(逻辑控制,运动控制,测量应用和过程控制等)融合在一起,这也是CC-Link的优势所在。比如,在亚洲市场(日本,中国,韩国等),CC-Link节点数占据绝对优势地位,其应用最为广泛全面的行业是半导体设备行业,CC-Link能将各种IO功能集成在一个系统中,也正是由于CC-Link优异的结合能力,才能在这个行业中有着广泛的市场应用前景。
  孙林宝 菲尼克斯电气市场部自动化产品工程师
  孙林宝:现场总线I/O功能基本涵盖了逻辑控制、简单运动控制、测量应用的大部分功能,具体优势见上一个回答。
  梁力强:Beckhoff I/O系统产品非常全面,品种齐全,应有尽有。Beckhoff I/O系统支持180多种总线端子,这也许是市场上门类最齐全的I/O系统。例如,我们提供热电阻端子、热电偶端子、电阻桥端子、示波器端子、电力测量端子、安全功能端子、位置测量端子、通信端子、滤波端子、供电端子、灯光控制端子、电机控制端子、称重端子等等,可以满足各类应用场合的需求。
  赵健颖 :对于系统集成商来说,不同现场总线之间和互联是一个重要的问题,特别是在集成不同厂商的设备而构成一个整体系统的时候。Anybus网关产品是在其嵌入式技术的基础上开发出来的,因此具有支持总线类型最多,使用最为灵活的特点。
  总线端子系统取得成功的原因之一是对系统的精巧设计,您认为创新对于总线系统的重要性主要表现在什么地方?
  李凯:实时性,开放性,系统网络性,兼容性。
  覃强:对于任何系统设计而言,都离不开现场需求,因此我们必须提供适应现场的服务,在开发产品时,创新是必不可少的,我们的CC-Link产品已经在模块在整个系统的连接和小型化等方面作出了改进,达到了高操作性,高维护性,高可靠性,今后我们还将会不断改进。
  孙林宝 :减少系统实施的大量电缆,同时也加快了自动化系统工期、节约了人力、投资;
  为整个系统的MES、ERP等高层信息系统提供的广泛的基础信息,为之实现提供了可能性;
  比传统的PLC模块更小巧、配置更灵活;
  同样的本地站点可以配置成更大的规模;
  网络距离更长、更易实现分布化自动化技术发展趋势。
  梁力强 德国倍福自动化有限公司中国代表处首席代表
  梁力强:现场总线端子系统的创新分为两个方面:一个是结构、连接形式的创新;另外一个是功能的创新。Beckhoff一直致力于控制技术的创新,希望通过创新为客户带来产品功能、性价比的提升。从结构方面Beckhoff经过十年的发展,产品线已经全面覆盖1、2、4、8、16、32、64点数的I/O模块、支持的现场总线协议多达19种。这使得用户可以非常灵活的配置自己所需的系统。在产品性能创新方面Beckhoff除了支持常规的现场执行器、传感器、通讯信号之外,还开发出了各种专用的现场总线端子。例如电力测量现场总线端子、动态称重现场总线端子、马达软启动器现场总线端子、直接驱动步进电机直流电机的现场总线端子等等。这些创新的现场总线端子极大地丰富了现场总线系统,完全可以替代很多传统的控制产品。
  总线网络化将逐渐变成一种共识,您认为在以太网方面或是在其他网络接入方面会有什么样的总线产品出现?能否满足客户日益网络化的要求?
  李凯:PROFINET 就是西门子基于工业以太网基础开发的新一代工业网络技术;其开放性,实时性,互联互通性,是融合了现有的总线系统点和以太网共同优点而发展起来的。以太网作为现在和未来最成功的一种网络技术,已经预示了PROFINET 未来在工业联网领域的成功。
  覃强:由于现场网络种类繁多,国际标准和国家标准难以统一,这是由历史原因所造成的。客户希望简单统一网络,实现这一要求一刻也没有停止。随着工业以太网技术的发展,各种现场网络实现统一可以成为可能,但还有一段漫长的路要走。
  孙林宝:PROFINET必将已成为事实上的标准,随着功能的增强基本能够满足工业自动化领域的全部的客户应用需求。
  梁力强:虽然控制器CPU的性能(尤其是IPC的性能)发展迅猛,但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”。客户需要一种价格低廉且性能优越的以太网技术,以最大化利用以太网强大性能。
  目前,实时工业以太网EtherCAT代表着现场总线技术的最新发展水平。EtherCAT 拥有杰出的通讯性能,网络拓扑结构灵活,并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限,而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 μs内可以更新1000个I/O数据,可选择双绞线或光纤,并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。
  使用 EtherCAT,可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构,无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式,以集成其它的以太网设备。其它的实时工业以太网方案需要与控制器进行特殊连接,而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡 (NIC)便可实现。
  EtherCAT拥有多种机制,支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯。它实现了安全功能,采用技术可行且经济实用的方法,使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越,可以完全兼容以太网,可将因特网技术嵌入到简单设备中,并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽,是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。
  赵健颖 瑞典HMS工业网络有限公司北京代表处,市场与销售经理
  赵健颖 :工业以太网是IT领域技术应用于工业自动化的又一例证。起初以太网仅仅是用于设备与监控系统之间的通讯,而后逐渐进入控制领域,现在出现了用于运动控制的以太网技术。应当说工业以太网是现场总线的补充和发展,而且将越来越多地渗透到底层控制。但是工业以太网不会完全取代现有的现场总线,而且工业以太网在标准上也不统一,很多大公司都推出了各自的以太网标准,相互之间并不兼容。因此,与面对多现场总线的局面一样,解决多网络之间接入和互联问题将是又一新的技术领域。
  总线的标准多样化对总线产品提出了一个怎样的要求?您认为贵公司会侧重做哪一类的总线产品?其前途和应用背景如何?
  李凯:开放性,兼容性,实时性,分布式,安全性是西门子发展PROFINET 的初衷。
  覃强:总线标准多样化是世界上各大总线协议之间竞争的结果。对总线产品生产厂商而言,要适应各种总线标准的技术要求,其实是对总线技术成本有更大投入的要求。CC-Link在亚洲地区处于主导地位,通过这些年的发展,CC-Link具有了广大的应用前景和广阔的市场前景。目前CC-Link的各种协议,仍在不断发展和丰富过程中,其未来会更加辉煌。
  孙林宝:事实上或许说从客户角度来话是希望有一种总线或更少的总线产品的,之所以出现多种现场总线的现状,是先有各种总线然后IEC想再制订标准,而最终选择了妥协的方式,结束了标准之争。PROFINET未来会是比较有广阔的前景,更多的功能覆盖范围、INTERBUS和PROFIBUS两大国际组织的支持,标准的ETHERNET、TCP/IP技术,事实上的工业以太网标准。
  梁力强:随着市场发展,客户希望有更广阔的选择,而不希望完全依赖于单一的厂商。因此,总线产品发展方向必将是愈加开放,并且愈加标准化,尤其是,客户将对总线产品的规格标准、兼容性、多样化、易用性、安装便捷性这些方面有更高的要求。
  多年来,Beckhoff一直致力于为客户提供完全开放的产品。Beckhoff自1995年来便为客户提供完全开放的I/O系统,支持所有主流的总线系统和I/O接口。而且,Beckhoff开发出来的EtherCAT实时工业以太网技术对所有合作伙伴免费开放。未来,Beckhoff还将继续坚持开放原则,与合作伙伴对话交流,发展出全面、标准的产品系统。
  赵健颖:总线标准多样化的形成是多方面原因造成的,而且在短时间内无法改变。作为设备制造商其产品应该能支持多种总线;对于系统集成商来讲需要具有多总线的支持能力,这样才能应对多总线并存的局面。HMS在总线标准上是中立的,参与了几乎所有主流现场总线的产品开发和市场推广,同时还是多家大型自动化公司的合作伙伴。这样HMS能够为用户提供全面而可靠的多总线接口与互联产品。
  现场总线有这样一个趋势:模块化、操作简便、适用于混合信号。您认为市场能接受吗?您的观点如何?
  李凯:这是一个开放,兼容的系统的一个必然趋势,模块化是实现这种需求的一种方式,但必须做到混合但不干扰。
  覃强:CC-Link协议正是根据市场需求产生的协议,是跟着市场走的,我们必须开发出市场所需要的产品。模块化、操作简便、适用于混合信号从某种意义上说正是市场的需求,因此我们CC-Link协会必须从市场需求出发,在保持使用简单,节省成本,又能提供高速大容量的数据通讯的基础上,提供适合市场的产品和服务。
  孙林宝:市场的事实情况就是这样的,各个现场总线的厂商也是这样做的。
  梁力强:目前,现场总线市场发展趋于更加开放。客户倾向于选择安装简易、操作简便、且与原有系统良好兼容的总线产品。我们可以看到,许多从前只提供封闭系统解决方案的厂商都渐渐放开技术,开发模块化、开放式、支持多种信号的现场总线I/O系统。
  总线与PLC、DCS和工控机的联系非常密切,您认为未来的总线趋势是作为一个单独的产品出现,还是与PLC、DCS和工控机一起成长?
  李凯:总线在工业领域更多的是作为一种标准来发展的,是作为一种联网的趋势技术, 他的发展是随着自动化系统智能化,网络化的提高而在不但发展。
  覃强:总线是一个协议产品,属于软件,是不可能作为一个单独产品出现的,它必须依托PLC、DCS和工控机等来实现它的强大功能,相互协调,才能保证系统的正常工作。总线也必须不断的完善,随着PLC、DCS和工控机等的发展而发展,一起成长,走向更加成功的明天。
  孙林宝:总线、PLC、DCS、工控机这四种技术都是在不断发展和不断相互借鉴相互渗透的,就是因为这个原因才能大家对它们概念有了些许模糊,但事实上谁也不会与其它产品毫不相关,IT技术日新月异今天、未来,总线更不会作为一个单独的产品出现发展,而是与PLC、DCS、工控机一起成长。
  梁力强:现场总线技术的出现改变了传统PLC和PC控制系统结构,它和这些传统的控制系统是互为补充的关系。通过现场总线技术,PLC和PC控制能够适用于大型、有复杂配线的系统并且减少了信号连接电缆、增强了系统的可靠性。依托PLC和PC控制产品,现场总线在各个领域得到了广泛的运用。开放、可重构、可互换的系统是控制技术发展的趋势,符合这种特性的现场总线技术也必将得到更广泛的运用。

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