现场总线助力工业4.0

---随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术正面临被淘汰和更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术也随着新时代的到来快速地走进了实际应用中，成为新时代的宠儿，例如：（1）以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；（2）PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；（3）DCS系统走向测控管一体化设计；（4）控制系统向现场总线（FCS）方向发展；（5）仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；（6）数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；（7）工业控制网络向有限和无限相结合的方向发展；（8）工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。

德国电子电气工业协会（ZVEI）预测，“工业4.0”将使工业生产效率提高30%。

德国人工智能研究中心执行长瓦尔斯特尔（Wahlster）也表示，“工业4.0”将会在一些高劳动成本地区具有很强的竞争力。

有鉴于此，德国机械设备制造业联合会（VDMA）及德国信息技术、通信、新媒体协会（BITKOM）也已加入，德国三大工业协会决定共同建立一个名为“第四次工业革命平台”的办事处，并于2013年4月在法兰克福正式启动。

三大协会共同建立办事处的主要目的在于推动工业的发展、提高工业生产标准、开发新的商业模式和运营模式并付诸实践。

德国企业界也作出了积极响应。

例如，西门子积极展示了其推进“工业4.0”的具体行动，该公司凭借全集成自动化（TIA）和“数字化企业平台”，长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。

在2013年的汉诺威工业博览会上，西门子展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统的全面解决方案，提出了以全集成自动化TIA v12版本、新一代控制器SifmaticS7-1500为主的针对电气传动应用的“全集成驱动系统”（IDS）概念，以及以信息技术为基础的服务。

另外，西门子公司还与德国弗劳恩霍夫研究院以及大众汽车公司联合展示了他们的智能生产研发成果，他们通过利用产品生命周期管理软件（PLM）进行虚拟生产规划，使生产线上机器人的能耗降低了50%。

简述现场总线的技术特点现场总线（Fieldbus）是一种工业控制领域中的通信协议和技术，是传统控制系统和现代数字化控制系统的桥梁。

现场总线技术的主要特点是分布式控制、高效通信、可靠性强、数据传输速度快、可扩展性好。

分布式控制是现场总线技术最重要的特点之一。

传统控制系统通常采用集中式控制，即所有的控制指令都是从中央控制器发送到各个终端设备。

而现场总线技术则是采用分布式控制的方式，即将控制指令分散到各个设备中执行。

这样可以提高控制系统的灵活性和可靠性，因为每个设备都可以独立地执行控制指令，不需要等待中央控制器的指令。

高效通信是现场总线技术的另一个重要特点。

现场总线技术采用数字通信方式，可以实现多种数据格式和数据传输方式。

现场总线技术可以实现点对点通信、广播通信、组播通信等多种通信方式，可以满足不同场景下的通信需求。

另外，现场总线技术还支持实时通信，可以实时地传输控制指令和传感器数据，可以满足高速控制和监测需求。

现场总线技术的可靠性比较强。

现场总线技术采用多种冗余技术，可以实现数据包重传、冗余链路、数据备份等多种机制，可以有效地防止数据丢失和系统故障。

另外，现场总线技术还支持自诊断和自修复功能，可以自动检测和诊断系统故障，并尝试自动修复故障，提高了系统的可靠性和稳定性。

数据传输速度是现场总线技术的一个优势。

现场总线技术采用数字通信方式，可以实现高速数据传输，可以满足高速控制和监测需求。

另外，现场总线技术还支持数据压缩和数据加密等技术，可以进一步提高数据传输速度和数据传输效率。

现场总线技术具有良好的可扩展性。

现场总线技术支持多种设备和传感器的接入，可以满足不同场景下的控制和监测需求。

另外，现场总线技术还支持多种协议和通信方式，可以实现不同系统之间的互联互通，提高了系统的通用性和可扩展性。

现场总线技术具有分布式控制、高效通信、可靠性强、数据传输速度快、可扩展性好等多种特点，是工业控制领域中不可或缺的技术之一。

IT、OT与CT融合，加速落实数字化制造转型回顾过去，信息科技(IT)与操作技术(Operation Technology；OT)很少交集，但进入工业4.0时代，透过物联网、大数据与云端智能，使IT与OT两者终能展开对话，由OT领域的传感器获取数据，上传IT领域的云端中心执行大数据分析，繁衍出各种创新应用。

有人说，工业4.0开启IT与OT的融合，此话无疑正确，但仍有欠完整，如果把融合范围再加上通讯技术(Communication Technology；CT)，便可谓是完美的诠释。

具体而言，工业物联网与工业4.0核心架构，以数据创新、服务创新为轴心，意即制造业也需要如同服务业、农业等等不同行业，将其经营核心摆在服务之上，凡事皆以满足客户需求为依归，而在传统价值链中扮演中间媒介的角色，举凡代理商、经销商或零售商等等，今后可能因为去中间化效应下而消失，届时产品的制造者，必须懂得善用ICT技术，直接对最终用户提供服务。

IT、OT、CT融合贯通带动服务与数据创新如何实现数据创新与服务创新？就必须依赖IT、OT与CT三者的融合。

所谓IT 包括电子商务(e-Commerce)、企业资源规划系统(ERP)、供应链管理系统(SCM)、客户关系管理系统(CRM)、产品生命周期管理系统(PLM)乃至于办公室自动化系统(OA)，凡此种种，都是IT部门相对驾轻就熟的项目。

OT是泛指与工厂营运相关的技术，主要涵盖三个类别：1、自动化/智动化；2、自动化整合搭配操作流程整合；3、工厂自动化与信息技术的整合；如制造现场控制(Shop Floor Control；SFC)、制造执行系统(Manufacturing Execution System；MES)、监视与整合控制(SCADA)等工厂信息系统，即需要与IT系统进行整合；而在串联信息技术与工业现场实体世界的过程中，传感器(Sensors)扮演重要角色。

不可讳言，OT与实体世界的感测与控制息息相关，因此如可利用工业物联网技术，驱使智慧机器人、或智能型生产设备产生最佳运作效率，确是核心议题。

现场总线控制系统（FCS）发展前景展望现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是工业自动化领域中的一种重要技术，其发展前景广阔，正日益受到人们的关注。

以下是对FCS发展前景的展望。

一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。

它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来，实现设备间的信息交互和数据共享。

它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点，因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。

二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长，FCS在功能和性能上也不断得到提升。

未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。

同时，随着工业互联网的普及和发展，FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合，实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。

三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势，更在于其能够带来的经济效益和社会效益。

首先，FCS能够提高工业过程控制的精度和效率，减少能源浪费，降低生产成本。

其次，FCS能够提高产品质量和生产效率，增强企业的竞争力。

此外，FCS还能减少人员劳动强度，提高生产安全性和可靠性，改善企业的工作环境。

四、发展趋势1.技术创新未来，FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。

例如，采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等，提高FCS的性能和可靠性；同时，探索适应不同工业过程的FCS解决方案，满足个性化的需求。

2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。

未来，FCS将更好地与工业互联网融合，实现各种数据的无缝集成和共享，优化生产流程，提高生产效率和质量。

同时，借助工业互联网平台，FCS可以实现远程监控和维护，提高系统的安全性和可靠性。

3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。

工业4.0与工业控制网络技术摘要第四次工业革命（“工业4.0”）是德国版的再工业化战略，以提高德国制造业的竞争力为主要目的，是从嵌入式系统向信息物理融合系统（CPS）发展的技术进化。

它的主要内容包括“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。

本文简单介绍了“工业4.0”概念、主要内容、技术基础以及新工业时代所面临问题与挑战。

随后介绍了工业控制网络技术的概念、主要内容包括现场总线技术与工业以太网技术。

最后描述了自己对“工业4.0”与工业控制网络技术之间的关系与相互作用的认识，以及本专业（控制科学与工程）在“工业4.0”下体现。

关键字：工业4.0；工业控制网络技术；控制科学与工程；工业革命一、工业4.0综述1. 工业4.0概念工业4.0（Industry 4.0）是指利用物联信息系统（CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。

与国际社会关于第三次工业革命的说法不同，德国学术界与产业界认为，前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。

他们将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0，20世纪初的电气化为2.0，始于20世纪70年代的生产工艺自动化定义为3.0，而物联网和制造业服务化迎来了以智慧制造为主导第四次工业革命，或革命性的生产方法，即为“工业4.0”。

德国“工业4.0”战略旨在通过充分利用信息通讯技术和物联信息系统（CPS）相结合的手段，推动制造业向智能化转型。

2. 工业4.0主要内容工业4.0简单可以概括为“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。

2.1 “1个核心”工业4.0的核心是“智能+网络化”，即通过虚拟-实体系统（Cyber-PhysicalSystem,CPS)，构建智慧工厂，实现智能制造的目的。

CPS系统建立在信息和通讯技术（ICT）高速发展的基础上。

（1）通过大量部署通过大量部署各类传感元件实现信息的大量采集；（2）将IT控件小型化与自主化，然后将其嵌入各类制造设备中从而实现设备的智能化；（3）依托日新月异的通信技术达到数据的高速与无差错传输；（4）无论后台的控制设备，还是在前端嵌入制造设备的IT控件，都可以通过人工开发的软件系统进行数据处理与与指令发送，从而达到生产过程的智能化以及方便人工实时控制的目的。

现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。

现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。

而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。

本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。

一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。

现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。

工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。

它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。

二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。

现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。

而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。

因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。

然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。

首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。

其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。

此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。

三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。

这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。