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從第一代的氣動信號控制系統(tǒng)PCS，到第二代的動模擬信號控制系統(tǒng)，再到第三代的數字計算機集中式控制系統(tǒng)，和第四代的集散式分布控制系統(tǒng)DCS，工業(yè)控制迎來了——

第五代控制系統(tǒng)現場總線控制系統(tǒng)FCS。

現場總線控制系統(tǒng)的技術基礎是現場總線。操作簡單、運行可靠、經濟實用……數十年來，現場總線在工業(yè)領域大放異彩，革新了工業(yè)底層網絡的架構設計。

那么，究竟什么是現場總線呢？

01

工業(yè)現場的“神經系統(tǒng)網絡”

在人體內，有一套起到主導作用的調節(jié)系統(tǒng)，能夠感知內外部環(huán)境的各種信息，并將之傳遞到各級神經中樞進行整合，以維持機體的正常運轉，我們稱之為“神經系統(tǒng)網絡”。

現場總線，就是復雜工業(yè)裝備內部的“神經系統(tǒng)網絡”。它應用于工業(yè)現場設備（變送器、現場控制器、執(zhí)行機構等）之間的通信互連，是自動化領域中底層數據的通信網絡。

追溯現場總線的發(fā)展歷史，大致可以分為模擬信號（1975年前）、數字通信（20世紀80年代）、低速現場總線（20世紀90年代）和高性能現場總線（21世紀）四個階段。

上世紀60年代，隨著微電子技術的快速發(fā)展，新型傳感器和執(zhí)行器——也就是我們今天所說的智能儀表不斷涌現，為這些設備研制新型通信系統(tǒng)的需求呼之欲出。

因此，早在70年代初期，第一批現場總線就已經安裝投用，但是一直到80年代中期，現場總線的標準化工作才算真正開始，而且時至今日，現場總線也仍未形成一致的國際標準。

標準不統(tǒng)一的結果就是：混亂。

當時，歐美的不同廠家采用不同的方法、不同的信號標準進行產品開發(fā)，以致于眾多的智能化工業(yè)控制儀表互不兼容。從用戶角度看，嚴重影響了生產的全球化發(fā)展。

鑒于這種混亂局面的不利影響，國際電工技術委員會（IEC）站了出來，從1985年起開始主導制訂國際性的智能化現場設備和控制室自動化設備之間的通訊標準，并正式命名為Fieldbus，也就是現場總線。

然而，伴隨現場總線標準制訂而來的，卻是一場“現場總線標準大戰(zhàn)”。

02

曠日持久的“現場總線大戰(zhàn)”

起初，最有希望統(tǒng)一現場總線標準的是德國的Profibus與法國的FIP，它們在各自的國家層面上完成了標準化工作，并將成果提交給國際電工技術委員會進行國際標準化。

但是，這兩個系統(tǒng)的技術方法卻是大相徑庭。

Profibus基于分布式控制思想，支持垂直通信，FIP則設計了中央式的控制方案，用于水平通信。兩大總線團隊彼此對壘，誰也不服誰，統(tǒng)一協議標準也因此遲遲無法落地。

不過，盡管技術手段不同，Profibus和FIP在應用領域上卻形成了互補。因此，有專家小組提議，在結合Profibus和FIP兩者優(yōu)點的基礎之上，研制新型通用現場總線。

但由于戰(zhàn)略原因，新型總線的研制在還未達到成熟階段時即被放棄。

正當歐洲人相持不下的時候，美國人也順勢加入了戰(zhàn)局。美國儀表協會（ISA）下屬的標準與實施工作組的ISA/SP50，在上世紀80年代后期主導了現場總線標準的編制工作。

彼此不服氣的德法，自然也不愿意接受被美國主導的局面。于是，德法美多方僵持，現場總線的標準化工作陷入了徹底的膠著狀態(tài)。而更大的亂局，即將洶涌而至。

出于市場利益的考量，歐美各國的巨頭企業(yè)紛紛下場，開發(fā)、推廣自己的現場總線產品，各類現場標準相繼誕生。

◉ 1986年，德國推出Profibus過程現場總線標準。

◉ 1990年，美國Echelon公司推出LonWorks現場總線產品。

◉ 1992年，Siemens、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司聯合成立ISP（Interoperable System Project，可互操作系統(tǒng)規(guī)劃）協會，著手在Profibus基礎上制定標準。

◉ 1993年，Honywell、Bailey等公司成立WorldFIP協會，共有120家公司參加，以法國標準FIP（Factor Insrtumentation Protoco1）為基礎制定標準。

◉ 1994年，ISP與WorldFIP（北美部分）兩大集團握手言和，成立了現場總線基金會FF（Fieldbus Foundation）。

◉ 1996年，FF公布了低速總線H1標準，并安裝了示范系統(tǒng)，將不同廠商的符合FF規(guī)范的設備互連構成控制系統(tǒng)和通訊網絡，使H1低速總線開始步入實用階段。

時間來到了1999年的6月15日，一度失聲的IEC提出了一個新的解決方案：和解。在它的居中斡旋下，7月16日，幾家主流現場總線標準的代表聯合簽署了一份和解協議。

曠日持久的“現場總線標準大戰(zhàn)”，終于迎來了中場時刻。

2000年1月4日，IEC宣布現場總線國際標準以86%贊成、12%反對的票數比獲得通過，IEC 61158標準正式面世，并將于當年的12月31日起發(fā)布實施。

然而，即便是來之不易的IEC 61158，其實也并非是完全意義上的大一統(tǒng)標準。它包含了8種不同類型的總線協議，這些協議互不兼容，與IEC的初衷相差甚遠。

一直到今天，現場總線市場仍舊是數十種總線并存的局面。

03

打破壟斷的EPA現場總線

聊到這兒，不難發(fā)現一個問題，主流的現場總線主要由歐美企業(yè)牽頭開發(fā)，它們擁有相關技術的標準和專利，掌握了行業(yè)話語權。在這一領域，中國企業(yè)長期缺席，受制于人。

EPA總線的出現，改變了這一現狀。

EPA的全稱是Ethernet for Plant Automation，專為工業(yè)控制系統(tǒng)高速、確定、實時、安全可靠的通信需求而研制，解決了以太網應用于控制領域的多項關鍵技術難題。

2005年，EPA被正式接受為IEC PAS標準化文件發(fā)布。2007年，被納入IEC 61158標準體系的EPA國際標準發(fā)布，該標準成為我國在工業(yè)自動化領域的第一個國際標準，具備完整自主知識產權，100%掌握核心技術，無需任何國外授權。

EPA國際標準涵蓋6項內容，分別是EPA現場總線協議、EPA實時以太網技術協議、EPA功能安全通信協議、EPA線纜與安裝標準、EPA驅動標準和EPA分布式冗余協議。

其中，EPA線纜與安裝標準被向來以嚴苛著稱的德國引進為德國國家標準，成為我國在工業(yè)標準領域打破國際壟斷、爭取國際話語權的典型案例。

EPA現場總線技術也先后獲得“中國標準創(chuàng)新貢獻獎”、“國家技術發(fā)明獎二等獎”、“中國專利優(yōu)秀獎”等重大獎項肯定。

標準先行，是知識經濟時代的市場競爭法則。誰制定的標準為世界所認同，誰就掌握了產業(yè)游戲規(guī)則的話語權。那場延續(xù)了十多年的現場總線之爭，其實就是行業(yè)話語權之爭。

圍繞現場總線，在多方博弈、諸強混戰(zhàn)之后，姍姍來遲的IEC 61158標準體系，也只是一個折衷妥協的結果。近年來，隨著工業(yè)以太網的崛起，現場總線的市場份額更是受到了正面沖擊，現場總線之戰(zhàn)逐步升級成了現場總線與工業(yè)以太網之戰(zhàn)。

因此，在可預見的未來，工業(yè)通信網絡領域內的競爭仍舊會激烈存在。

而對于一度居于落后地位的中國企業(yè)而言，面對這場激烈競爭的科技博弈，堅持自主可控的標準體系和技術力量，才是我們能從新一輪產業(yè)革命中脫穎而出的不二通途。

山高路遠，我們正在路上。

[1] The Fieldbus Standards:History and Structures.(2002).Max Felser

[2] The fieldbus war:history or short break.(2002).Max Felser, Thilo Sauter

[3] 現場總線的發(fā)展歷史與未來發(fā)展趨勢.(2005).賀天柱,孫瑜

[4] The Fieldbuses.(1997).Jean Pierre Thomesse