工业网络的发展及其在运动控制中的应用
摘 要：对工业控制网络的发展历程和特点做了介绍，重点分析了工业以太网所面临的问题和解决方法，描述了运动控制网络的发展和研究现状，探讨了基于嵌入式Internet技术的运动网络系统设计的一些新思想。
关键词：工业网络 工业以太网 运动控制 嵌入式Internet
网络技术无疑是21世纪影响人类生活形态、甚至改变公司经营决策的一项最重要技术。随着信息技术的发展，自动化领域也经历了一场由组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)到现在刚刚兴起的工业以太网控制的深层次变革。现在，工业自动化领域的现状是集散控制系统DCS仍然在许多行业有着广泛的应用；现场总线控制系统FCS已逐渐被大家认可，并以每年30%的增长率快速发展；而工业以太网控制系统则刚刚兴起，正处于试用阶段，并有望解决运动控制系统对网络实时性和确定性的要求，实现工业网络控制标准的最终统一。
1 工业网络
1.1 工业网络的特点
网络技术的产生对工业控制来说有以下优点：(1)安装布线方便；(2)模块化；(3)易于诊断；(4)自我建构；(5)企业化管理。虽然工业控制网络有这些优点，但实际上工业控制网络的进展却远不及商业网络，主要原因有二：(1)工业网络标准太多。各厂商从自身利益考虑会极力推行自己的网络标准。不同的网络协议针对特定的应用领域，因而具有各自的特点，各有其存在的环境和价值。而且新的协议还在不断产生，这样用户往往无所适从，担心一旦选用了一种协议后，会被某些厂商钳制。(2)网络化所必须增加的成本对用户来讲往往是一项沉重的负担。所以直到现在，具有网络接口的元件还很少，运动控制器也是如此。
1.2 工业网络的定义
工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统。具体有以下三种类型：
(1)专用、封闭型工业网络：该网络规范是由各公司自行研制，往往是针对某一特定应用领域而设，效率也是最高。但在相互连接时就显得各项指标参差不齐，推广与维护都难以协调。专用型工业网络有三个发展方向：①走向封闭系统，以保证市场占有率。②走向开放型，使它成为标准。③设计专用的Gateway与开放型网络连接。
(2)开放型工业网络：除了一些较简单的标准是无条件开放外，大部分是有条件开放，或仅对成员开放。生产商必须成为该组织的成员，产品需经过该组织的测试、认证，方可在该工业网络系统中使用。
(3)标准工业网络：符合国际标准IEC61158、IEC62026、ISO11519或欧洲标准EN50170的工业网络，它们都会遵循ISO/OSI7层参考模型。工业网络大都只使用物理层、数据链路层和应用层。一般工业网络的制定是根据现有的通信界面，或是自己设计通信IC，然后再依据应用领域设定数据传输格式。例如，DeviceNet的物理层与数据链路层是以CANbus为基础，再增加适用于一般I/O点应用的应用层规范。
目前IEC61158认可的八种工业现场总线标准分别是：Fieldbus Type1、Profibus、ControlNet、P-NET、Foundation Fieldbus、SwiftNet、WorldFIP和Interbus。
1.3 工业网络的架构
现有的工业控制网络可以根据其应用场合的不同分为以下几种[1]：
(1)SensorBus：低阶网络，通常用来连接低阶的传感器、执行器等现场设备，传输数据量最少，例如AS-i、Interbus-S。
(2)DeviceBus：它界定的范围最广，只要是能对网络化设备提供通信或诊断功能的都属于这种类型。例如CANOpen、DeviceNet、LonWorks、Profibus-DP。
(3)FieldBus：通常是架构在Devicebus之上，用来传输大批量的数据，但传输速度较慢。有的也提供一些设备终端控制的功能，例如WorldFIP、Foundation Fieldbus、Profibus-PA。
(4)ControlBus：提供高阶控制设备(例如PLC，CNC)间的对等网络通信(Peer-to-Peer)，例如ControlNet。
(5)EnterpriseNet：企业的骨干网络，一般为Ethernet TCP/IP。
这五类网络的连接方式是，先将同一类型的网络串接起来，然后再把不同类型的网络通过Gateway连接起来。
1.4 工业网络规范
目前工业控制网络的发展可谓是百家争鸣，各大公司都推出了相应的现场总线标准，并力求占有更大的市场份额。这些标准都有各自的优势，也都各自在不同的应用领域占有一定的市场。为
