現場總線及工業以太網技術的發展
工業控制網絡通訊技術服務于工業控制系統，其發展與控制技術的發展緊密相關，而控制技術是應生產工具/裝置的要求而產生的，工業控制網絡通訊技術的發展與生產技術的發展是相輔相成的。
人類發展的過程是一個生產力發展的過程，也是制造和使用工具水品提升的過程，根據人們對工具使用的水平，我們可以將生產水平分為如下四個階段：
手工生產階段 在這個階段人們只能使用簡單的工具，主要依賴人類和牲畜的體力進行生產，生產效率較低，產量較小，生產技術代代相傳，沒有嚴格統一的工藝標準，產品的一致性和連貫性較差，在不同的時間和區域差別非常大。
機械化生產階段 此階段與手工生產階段最大的不同在于，主要生產的動力來自動力轉化機械裝置，如蒸氣機、內燃機、電動機等，工人主要負責原料的準備、搬運，產品的包裝、儲運，設備狀況的監視及對設備的操作等。機械化生產極大的提高了產品產量和產品的一致性。在此階段，出于提高效率考慮，人們開發出了一些簡單的自動化控制裝置，如能使風車迎向風向的尾翼裝置，能使蒸汽輪機保持速度穩定的飛球調節器等。
自動化生產階段 此階段的特點是大大降低了工人的勞動強度，工人的工作主要是對生產裝置進行控制，原輔料進入生產線就能夠生產出預定的產品，產品的產量和一致性大幅度提高。在此階段，生產裝置的規模逐漸增加，生產過程對設備之間的協調提出了更高的要求，電子控制裝置隨之出現，為了協調設備之間的協同工作，出現了工業通訊技術。
智能化生產階段 此階段的生產特點是多品種，小批量，產品更新換代快，以前采用的使用不同的設備來生產不同類產品的方案此時難以滿足如此多的個性化要求，制造業主希望能夠以少量的設備生產盡可能多的產品品種，柔性制造的概念因而出現。1973年，美國學者哈林頓博士提出計算機集成制造CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的概念，其基本出發點是：企業的名種生產經營活動是不可分割的，要統一考慮；整個生產制造過程實質上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。
20多年來，CIMS的概念已從典型的離散型機械制造業擴展到化工、冶金等連續或半連續制造業。CIMS與計算機綜合自動化制造系統是同義詞，是自動化程度不同的多個子系統的集成，如管理信息系統、制造資源計劃系統、計算機輔助設計系統、計算機輔助工藝設計系統、計算機輔助制造系統、柔性制造系統（FMS）等。它面向整個企業，覆蓋企業的多種經營活動，包括生產經營管理、工程設計和生產制造各個環節，即從產品報價、接受訂單開始，經計劃安排、設計、制造直到產品出廠及售后服務等的全過程。
在當前全球經濟環境下，CIMS被賦予了新的含義，即現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）。將信息技術、現代管理技術和制造技術相結合，應用于企業經營的各個階段，通過信息集成、過程優化及資源優化，提高企業的市場應變能力和競爭力。
根據工廠管理、生產過程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠級、車間級、單元級、工作站級和現場級。簡化的CIMS則分為3層，即工廠級、車間級和現場級。在一個現代化工廠環境中，在大規模的工業生產過程控制中，工業數據結構同樣分為這三個層次，與簡化的網絡層次相對應。
現場級與車間級自動化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網、在線設備狀態監測及現場設備運行、生產數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場設備完成生產任務，并將現場設備生產及運行數據信息傳送到工廠管理層，向工廠級MIS系統數據庫提供數據。同時也可接受工廠管理層下達的生產管理及調度命令并執行之。因此，現場級與車間級監控及信息集成系統是實現工廠自動化及CIMS系統的基礎。
傳統的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統的主要特點是，現場層設備與控制器之間的連接是一對一（一個I/O點對設備的一個測控點），即所謂I/O接線方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開關量信息）信號。這種傳統的連接方式存在信息量、開放性、可靠性、可維護性等方面還存在不足之處。
隨著大規模集成電路的發展，許多傳感器、執行機構、驅動裝置等現場智能設備的功能迅速提升，內置處理芯片，能夠完成諸如數模轉換、自診斷、量程轉換、回路調節等功能。對于這些智能現場設備，可以方便的增加一個串行數據接口，這樣，上位控制器就可以按其規定的通信協議，通過串行通信方式實現對現場設備的監控。如果設想全部或大部分現場設備都具有串行通信接口并具有統一的通信協議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現場設備連接，完成對所有現場設備的監控，這就是現場總線技術的初始想法。基于以上初始想法，使用一根通信電纜，將所有具有統一的通信協議通信接口的現場設備連接，這樣，在設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現場總線的數字化通信，由數字化通信網絡構成現場級與車間級自動化監控及信息集成系統。
現場總線技術的構想始于20世紀70年代，隨著CIMS概念的提出，人們迫切希望能夠出現一種能夠用于工業環境，可靠性高、實時性強、實現起來價格便宜的通訊系統，來構建工廠的底層網絡，完成現場設備之間的數字化通信，并能夠于外界實現信息交換。現場總線就是在這種需求背景之下出現的產物。北美和歐洲的自動化產品廠商和相關的國際標準化組織都著手現場總線相關標準的制定，由于行業和區域的差別，以及各個利益集團為了維護自己的經濟利益互不妥協，本來應該統一的現場總線標準遲遲難以統一。
公認的現場總線技術概念描述如下：現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。或者，現場總線是以單個分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。
目前，國際上比較被認可的現場總線主要有2類，即國際電工組織的用于工業控制系統的IEC61158標準、用于現場設備同選的IEC62026標準，還有國際標準化組織的ISO11898:1993。IEC61158是國際電工委員會測量和控制的數字數據分會和美國儀表學會聯合制定的，最早從1984年起草，經過16年的努力協調磋商，到2000年才投票通過，但是沒有實現唯一的統一標準，IEC61158包含10類標準：
ü FF-H1
ü ControlNet
ü PROFIBUS
ü P-Net
ü FF-HSE
ü SwiftNet
ü WorldFIP
ü InterBus
ü EtherNet/IP
ü PROFINET
上面的FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET是工業以太網標準。以太網很早就已經用于工業控制系統的信息層，這些運用信息量大，對實時性的要求相對較低。相比現場總線，更高的通訊速度和更好的兼容性是工業以太網的主要優點。工業以太網與普通的以太網相比，需要解決可靠性、抗干擾性、實時性、本質安全等方面的問題。隨著網絡技術的發展，上述問題正在迅速得到解決。通訊速度的大幅度提高和采用恰當的網絡拓撲結構極大的改善了以太網的實時性，而采用更高品質的材料和選擇合適的通訊介質，采用更加可靠的連接方式大大提高了以太網的可靠性。
由于以太網有“一網到底”的美譽，即它可以一直延伸到企業現場設備控制層，所以被人們普遍認為是未來控制網絡的最佳解決方案，工業以太網已成為現場總線中的主流技術。
目前市場上的工業以太網標準非常多，除開上面提到的3種標準之外，世界各國及各大自動化公司提出的工業以太網標準多達十多種，我國以浙江中控為首的組織也提出了EPA標準，并且已經成為IEC的預備標準。
人類發展的過程是一個生產力發展的過程，也是制造和使用工具水品提升的過程，根據人們對工具使用的水平，我們可以將生產水平分為如下四個階段：
手工生產階段 在這個階段人們只能使用簡單的工具，主要依賴人類和牲畜的體力進行生產，生產效率較低，產量較小，生產技術代代相傳，沒有嚴格統一的工藝標準，產品的一致性和連貫性較差，在不同的時間和區域差別非常大。
機械化生產階段 此階段與手工生產階段最大的不同在于，主要生產的動力來自動力轉化機械裝置，如蒸氣機、內燃機、電動機等，工人主要負責原料的準備、搬運，產品的包裝、儲運，設備狀況的監視及對設備的操作等。機械化生產極大的提高了產品產量和產品的一致性。在此階段，出于提高效率考慮，人們開發出了一些簡單的自動化控制裝置，如能使風車迎向風向的尾翼裝置，能使蒸汽輪機保持速度穩定的飛球調節器等。
自動化生產階段 此階段的特點是大大降低了工人的勞動強度，工人的工作主要是對生產裝置進行控制，原輔料進入生產線就能夠生產出預定的產品，產品的產量和一致性大幅度提高。在此階段，生產裝置的規模逐漸增加，生產過程對設備之間的協調提出了更高的要求，電子控制裝置隨之出現，為了協調設備之間的協同工作，出現了工業通訊技術。
智能化生產階段 此階段的生產特點是多品種，小批量，產品更新換代快，以前采用的使用不同的設備來生產不同類產品的方案此時難以滿足如此多的個性化要求，制造業主希望能夠以少量的設備生產盡可能多的產品品種，柔性制造的概念因而出現。1973年，美國學者哈林頓博士提出計算機集成制造CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的概念，其基本出發點是：企業的名種生產經營活動是不可分割的，要統一考慮；整個生產制造過程實質上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。
20多年來，CIMS的概念已從典型的離散型機械制造業擴展到化工、冶金等連續或半連續制造業。CIMS與計算機綜合自動化制造系統是同義詞，是自動化程度不同的多個子系統的集成，如管理信息系統、制造資源計劃系統、計算機輔助設計系統、計算機輔助工藝設計系統、計算機輔助制造系統、柔性制造系統（FMS）等。它面向整個企業，覆蓋企業的多種經營活動，包括生產經營管理、工程設計和生產制造各個環節，即從產品報價、接受訂單開始，經計劃安排、設計、制造直到產品出廠及售后服務等的全過程。
在當前全球經濟環境下，CIMS被賦予了新的含義，即現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）。將信息技術、現代管理技術和制造技術相結合，應用于企業經營的各個階段，通過信息集成、過程優化及資源優化，提高企業的市場應變能力和競爭力。
根據工廠管理、生產過程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠級、車間級、單元級、工作站級和現場級。簡化的CIMS則分為3層，即工廠級、車間級和現場級。在一個現代化工廠環境中，在大規模的工業生產過程控制中，工業數據結構同樣分為這三個層次，與簡化的網絡層次相對應。
現場級與車間級自動化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網、在線設備狀態監測及現場設備運行、生產數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場設備完成生產任務，并將現場設備生產及運行數據信息傳送到工廠管理層，向工廠級MIS系統數據庫提供數據。同時也可接受工廠管理層下達的生產管理及調度命令并執行之。因此，現場級與車間級監控及信息集成系統是實現工廠自動化及CIMS系統的基礎。
傳統的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統的主要特點是，現場層設備與控制器之間的連接是一對一（一個I/O點對設備的一個測控點），即所謂I/O接線方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開關量信息）信號。這種傳統的連接方式存在信息量、開放性、可靠性、可維護性等方面還存在不足之處。
隨著大規模集成電路的發展，許多傳感器、執行機構、驅動裝置等現場智能設備的功能迅速提升，內置處理芯片，能夠完成諸如數模轉換、自診斷、量程轉換、回路調節等功能。對于這些智能現場設備，可以方便的增加一個串行數據接口，這樣，上位控制器就可以按其規定的通信協議，通過串行通信方式實現對現場設備的監控。如果設想全部或大部分現場設備都具有串行通信接口并具有統一的通信協議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現場設備連接，完成對所有現場設備的監控，這就是現場總線技術的初始想法。基于以上初始想法，使用一根通信電纜，將所有具有統一的通信協議通信接口的現場設備連接，這樣，在設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現場總線的數字化通信，由數字化通信網絡構成現場級與車間級自動化監控及信息集成系統。
現場總線技術的構想始于20世紀70年代，隨著CIMS概念的提出，人們迫切希望能夠出現一種能夠用于工業環境，可靠性高、實時性強、實現起來價格便宜的通訊系統，來構建工廠的底層網絡，完成現場設備之間的數字化通信，并能夠于外界實現信息交換。現場總線就是在這種需求背景之下出現的產物。北美和歐洲的自動化產品廠商和相關的國際標準化組織都著手現場總線相關標準的制定，由于行業和區域的差別，以及各個利益集團為了維護自己的經濟利益互不妥協，本來應該統一的現場總線標準遲遲難以統一。
公認的現場總線技術概念描述如下：現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。或者，現場總線是以單個分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。
目前，國際上比較被認可的現場總線主要有2類，即國際電工組織的用于工業控制系統的IEC61158標準、用于現場設備同選的IEC62026標準，還有國際標準化組織的ISO11898:1993。IEC61158是國際電工委員會測量和控制的數字數據分會和美國儀表學會聯合制定的，最早從1984年起草，經過16年的努力協調磋商，到2000年才投票通過，但是沒有實現唯一的統一標準，IEC61158包含10類標準：
ü FF-H1
ü ControlNet
ü PROFIBUS
ü P-Net
ü FF-HSE
ü SwiftNet
ü WorldFIP
ü InterBus
ü EtherNet/IP
ü PROFINET
上面的FF-HSE、EtherNet/IP和PROFINET是工業以太網標準。以太網很早就已經用于工業控制系統的信息層，這些運用信息量大，對實時性的要求相對較低。相比現場總線，更高的通訊速度和更好的兼容性是工業以太網的主要優點。工業以太網與普通的以太網相比，需要解決可靠性、抗干擾性、實時性、本質安全等方面的問題。隨著網絡技術的發展，上述問題正在迅速得到解決。通訊速度的大幅度提高和采用恰當的網絡拓撲結構極大的改善了以太網的實時性，而采用更高品質的材料和選擇合適的通訊介質，采用更加可靠的連接方式大大提高了以太網的可靠性。
由于以太網有“一網到底”的美譽，即它可以一直延伸到企業現場設備控制層，所以被人們普遍認為是未來控制網絡的最佳解決方案，工業以太網已成為現場總線中的主流技術。
目前市場上的工業以太網標準非常多，除開上面提到的3種標準之外，世界各國及各大自動化公司提出的工業以太網標準多達十多種，我國以浙江中控為首的組織也提出了EPA標準，并且已經成為IEC的預備標準。
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