有了《EPA标准》“E网到底”不是梦

以太网，为啥不用？

几年以前，Ethernet（以太网）还被认为不能用于工业控制领域，主要是因为以太网的访问方式不能保证网络（传输时间）的确定性，负荷重时网络的传输效率很低甚至崩溃，故在以往开放的DCS中不得不采用昂贵的令牌网如MAP网。

　　2000年初，随着包含八种类型（现增加到十种类型）的现场总线国际标准IEC61158的发布，宣告了多种现场总线并存的局面已经形成。但不同现场总线互不兼容，难以实现透明信息互访,阻碍了先进技术的进一步推广应用。与此同时，中国却没有自己的总线技术和标准，跨国公司利用其制定的总线标准和专利技术，一直垄断着中国现场总线技术和产品市场，并拿走了大量超额利润。

　　另一方面，以太网具备的全球的开放性、应用广泛、价格低廉、全球的软硬件支持、共享资源丰富等特点,不但基本垄断了商业领域的网络通信市场,而且在工业控制领域得到了大规模的应用,并有向下延伸直接应用于现场设备间通信的趋势。100Mb/s的快速Ethernet诞生以后，一些机构开发出适合于工业环境的Ethernet器件，开始将Ethernet用于DCS的监控级。事实证明，由于其高速、低负荷率，完全能保证系统的实时性。现在多个现场总线行业性组织都在进行将Ethernet用作工业网络的研究并推出了他们的解决方案。这些研究不仅仅是Ethernet用作高层网络，而且希望将它直接和现场设备连接，实现所谓“一网到底”、“一网打尽”。支持推进这些研究活动的国际组织有工业以太网协会(IndustrialEthernetAssociation)、工业自动化开放网络协会(IAONA)等。

　　《EPA标准》立项

　　在国家科技部“863”的支持下，浙大中控与浙江大学联手牵头，褚健教授、金建祥教授任组长，联合中国科学院沈阳自动化所、清华大学、大连理工大学、重庆邮电学院、上海工业自动化仪表研究所、北京华控技术有限责任公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所等国内部分高校、科研院所、高新技术企业，将工业以太网现场总线列为重点攻关项目。

　　在解决了以太网用于工业现场设备间通信的确定性通信调度、总线供电、网络安全、可互操作等关键技术的基础上，专家组起草了我国第一个拥有自主知识产权的现场总线国家标准，并通过了征求意见稿、送审稿的审查，已上报国家标准化管理委员会出版、发布。与此同时，开发的基于EPA的分布式控制系统首次在化工生产装置上获得成功验证应用，并稳定运行至今。

　　由于现场总线国际标准IEC61158于2000年发布，2002年完成正式版的修订，其有效期为5年。于2000年左右发展起来的工业以太网、实时以太网技术代表了工业控制领域最新的发展趋势，国际电工委员会将反映市场需求的EPA标准等实时以太网技术，以公共可用规范PAS（有效期为2年）标准化文件的形式公开发布。由于EPA标准通过了IEC/SC65C成员国的投票，IEC/SC65C已决定将这些已接收的PAS文件正式列入现场总线国际标准IEC61158（第四版），该修订工作将于2005年5月正式启动，2007年8月形成国际标准最终草案FDIS。

　　《EPA标准》工作得到了国家科技部、国家标准化管理委员会的大力支持。在得知《EPA标准》被列入IEC实时以太网标准后，科技部、国家标准化管理委员会主管领导作了重要指示，要求加大对《EPA标准》工作的支持。同时，科技部863计划分别于2003年、2004年、2005年立项，连续滚动支持EPA技术的开发和应用。

　　有人预言工业以太网将会取代所有的现场总线标准而一统天下，实现人们梦寐以求的统一的现场总线。金建祥在接受采访时认为，这种看法有点不现实，也是不必要的。因为不同的应用场合有不同的特点，一种现场总线(以太网)难以满足要求。在过程工业和制造业领域多种现场总线标准将会在较长的时期内共存，但现场总线的种类有可能会逐步减少到几种。工业以太网的应用范围会迅速扩大，但不会出现以太网一统天下的局面。

　　如今，现场总线技术已经由过程工业、制造业的系统监控扩展到了电力、环境、自动测试系统、楼宇自动化、消费电子(家庭自动化)等领域，渗透到了变配电设备、车辆、机床、机器人等的内部，正在彻底改变测控系统乃至变配电设备、机床、车辆本身的设计思想。

　　《EPA标准》推广是关键

　　随着《EPA标准》的发布，推广应用是当务之急。但简单的只做应用并不能够真正解决它作为一个标准的推广应用。任何一个标准，它不仅仅是一个协议，它还有着很多符合该协议标准的产品开发问题，如PID模块、现场仪表产品等。据金建祥介绍，目前他们已经做了一个相对复杂的针对于模块应用的协议产品，一旦推出来，技术上就会比较成熟了。

　　同时，一个标准的普及应用还要有支持这一标准的会员企业。他们希望在做成一个标准以后，要尽可能地开放。

　　为了推广《EPA标准》的应用，2005年4月14日，由浙大中控倡导，联合了多家国内仪器仪表龙头企业如：上海自动化仪表股份有限公司、中国四联仪器仪表集团有限公司、吴忠仪表股份有限公司、天津仪表集团有限公司、上海威尔泰工业自动化股份有限公司、重庆西高科技有限责任公司、重庆集智电气自动化有限公司等成立了EPA俱乐部，并达成共识：一方面，完善EPA系列标准，如《EPA网络安全标准》、《EPA一致性测试规范》、《EPA功能块应用进程规范》、《EPA工程设计安装规范》、《EPA仪表安全系统》等，并准备向IEC继续推荐。

　　另一方面，联合国内自动化仪表企业和用户，开发、推广应用EPA技术和产品，如基于EPA标准的控制系统、EPA通信模块等，并正在实施流程工业、离散制造工业典型装置上的示范应用工程。

　　同时，经国家民政部批准，成立了工业以太网专业委员会，通过研讨、交流、合作等方式，推广应用EPA技术。

　　金建祥认为，越开放，对标准的推广应用越是有利，对用户也越有利，对行业也越有利。使用一个标准协议不支付一些费用是不可能的，但是他们要争取让使用EPA标准协议的费用在整个产品的成本中占的比重小到可以忽略不计，这样，价格优势就完全可以体现到用户那里，这样做的直接影响是价格的整体下降，带动的是制造成本的下降。对于生产来说，就可以保证用户采用EPA这种新技术是绝对优化的方案。

　　■数字863

　　2001年，作为国家863计划CIMS主题副组长的褚健教授提出了“加强国际合作，共同进入国际标准”的新思路，给标准起草工作组指明了EPA国际标准化工作的方向。从2002年起，EPA标准起草工作组集中召开近30次会议。经过不懈努力，EPA标准成功进入现场总线国际标准化体系。

　　2002年，在TC65年年会上，中国专家向国际电工委员会IEC提出应制定工业以太网标准。但由于中国没有自己的总线技术和标准，此提案没有被IEC接收。

　　2003年，根据西门子、罗克韦尔等跨国公司的提案，IEC开始制定实时以太网标准，但限定标准内容基于已发布的现场总线国际标准，意味着包括EPA这样的实时以太网协议将被排除在外。

　　2004年2月，在法国南部小镇Pauliuac召开的IEC/SC65C联合工作组会议上，经过中国EPA标准工作组代表的努力，同意EPA等实时以太网协议作为公共可用规范PAS（Pub鄄liclyAvailableSpecifi鄄cation）标准化文件提案，如提案获得通过，将作为CPF（CommonProfileFamily，通用行规簇）列入即将起草的实时以太网应用行规国际标准IEC61784-2。

　　2005年3月，IEC网站发布通知，EPA以95.8%%的赞成率，通过了PAS投票，被以IEC/PAS62409正式发布。

　　2005年6月，现场总线国际标准IEC61158维护工作组IEC/SC65C/MT9召开互联网电话会议，将EPA列入第十四类型，添加到IEC61158第四版。

　　■链接

　　关于现场总线

　　根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。

　　现场总线是21世纪自动控制系统的基础，它的出现和应用将使传统的自动控制系统产生重大变革。如变革传统的信号标准、通信标准、系统标准；变革现有自动控制系统的体系结构、产品结构；变革惯用的设计、安装、调试、维护方法等。它将对自动化技术的发展产生深远的影响。

　　关于以太网

　　以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。

　　1976年，施乐的帕洛阿尔托研究中心(PARC)的计算机科学实验室的研究人员发表了题为《以太网：局域网的分布型信息包交换》的著名论文，1977年底，多点传输系统被称为CSMA／CD。从此，以太网正式诞生了。