摘要：EPA是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用分段化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和確定性通信調(diào)度控制策略，解決了以太網(wǎng)通信的不確定性問題，使以太網(wǎng)酵使、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)管理層自晰、過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技術(shù)直接應(yīng)用于變送器凝化、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)程I/O酬荞、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設(shè)備間的通信搓劫。

　　1、EPA簡介
　　
　　EPA實(shí)時以太網(wǎng)混巧，是一種全新的適用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的開放性實(shí)時以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)枪向，EPA將大量成熟的IT技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)勤揩，利用高效、穩(wěn)定糠牍、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和UDP/IP協(xié)議的確定性通信調(diào)度策略产掂，為適用于現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時工作建立了一種全新的標(biāo)準(zhǔn)。這一項(xiàng)目得到了中國政府“863”高科技研究與發(fā)展計(jì)劃的支持卑我。
　　
　　目前辅及，由浙江大學(xué)、浙大中控`共同主持桌强，聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動化所朴蛔、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)浴营、重慶郵電學(xué)院盼靠、上海工業(yè)自動化儀表研究所、北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司磁不、機(jī)械工業(yè)儀器儀表
儀器儀表曹略。
　　
　　廣義的說儀器儀表也可具有自動控制、報警贬池、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能踢故，如氣動調(diào)節(jié)儀、電動調(diào)節(jié)儀表奏路，以及集散型儀表控制系統(tǒng)等也皆屬器儀表畴椰。儀器儀表能改善臊诊、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能鸽粉。如顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡抓艳、聲級計(jì)触机、酸度計(jì)、高溫計(jì)等玷或，可以擴(kuò)展人的視儡首、聽、嘗偏友、摸外部事物的官能蔬胯；有些儀器儀表，如磁強(qiáng)計(jì)位他、射線計(jì)數(shù)計(jì)等氛濒，可感受和測量到人所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄亡谭、計(jì)算和計(jì)數(shù)软动，如高速照相機(jī)惧梦、計(jì)算機(jī)等。
　
　　總線
　　
　　總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線衙地。通俗的說眶侣，就是多個部件間的公共連線，用于在各個部件之間傳輸信息洗筛。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率夷著。
　　
　　2、確定性通信
　　
　　以太網(wǎng)由于采用CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測）介質(zhì)訪問控制機(jī)制凸窖，因此具有通信“不確定性”的特點(diǎn)刷桐，并成為其應(yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的主要障礙。
　　
　　雖然以太網(wǎng)交換技術(shù)娶得、全雙工通信技術(shù)以及IEEE802.1p&q規(guī)定的優(yōu)先級技術(shù)在一定程度上避免了碰撞痛只，但也存在著一定的局限性：

　　（1）以太網(wǎng)交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制同樣使通信延遲具有不確定性懊湾。通信延遲的不確定性主要來自于其排隊(duì)延遲漱竖。無論采用哪種存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)同時來自于多個端口的報文需要向同一個端口轉(zhuǎn)發(fā)時畜伐，交換機(jī)就必須將這些報文進(jìn)行排隊(duì)緩沖馍惹，并依次轉(zhuǎn)發(fā)。因此玛界，交換機(jī)的緩沖池大小將直接影響了來自于某一端口的報文能否以及何時被成功轉(zhuǎn)發(fā)万矾。

　　（2）以太網(wǎng)交換機(jī)存在的“廣播風(fēng)爆”問題慎框。工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用廣播方式發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)報文良狈，同樣會產(chǎn)生碰撞。
　
　　除了通信實(shí)時性要求外笨枯，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的通信還具有以下特點(diǎn)：

　⌒蕉　（1）周期與非周期信息同時存在，正常工作狀態(tài)下馅精，周期性信息（如過程測量與控制信息严嗜、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息（如突發(fā)事件報警洲敢、程序上下載等）較少漫玄；
　　（2）有限的時間響應(yīng)摆采，一般辦公室自動化計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)響應(yīng)時間可在幾秒范圍內(nèi)猬笑，而工業(yè)控制局域網(wǎng)的響應(yīng)時間應(yīng)在0.01-1秒；
　∈亓（3）信息流向具有明顯的方向性崎络，通信關(guān)系比較確定说悄。只需將測量信息傳送到控制器，而控制器則將控制信息傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)颗酷，來自現(xiàn)場儀表的過程監(jiān)控與突發(fā)時間信息則傳向操作站合圃，操作站一般只需將下載的程序或配置數(shù)據(jù)傳送給現(xiàn)場儀表等；
　∠防觥（4）根據(jù)組態(tài)方案砂猿，信息的傳送遵循嚴(yán)格的時序；
　“乙佟（5）傳輸?shù)男畔⒘可俨恚畔㈤L度比較小，通常僅為幾位或幾個抗俄、十幾脆丁、幾十個字節(jié)；網(wǎng)絡(luò)吞吐量卸ⅰ槽卫；
　　（6）網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較為平穩(wěn)胰蝠。

　　EPA系統(tǒng)中歼培，根據(jù)通信關(guān)系，將控制現(xiàn)場劃分為若干個控制區(qū)域茸塞，每個區(qū)域通過一個EPA網(wǎng)橋互相分隔躲庄，將本區(qū)域內(nèi)設(shè)備間的通信流量限制在本區(qū)域內(nèi)；不同控制區(qū)域間的通信由EPA網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)钾虐；在一個控制區(qū)域內(nèi)噪窘，每個EPA設(shè)備按事先組態(tài)的分時發(fā)送原則向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)，由此避免了碰撞禾唁，保證了EPA設(shè)備間通信的確定性和實(shí)時性效览。

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　　3、“E”網(wǎng)到底
　　
　　EPA是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)穗狞，采用分段化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和確定性通信調(diào)度控制策略，解決了以太網(wǎng)通信的不確定性問題客净，使以太網(wǎng)凭衩、無線局域網(wǎng)弟疆、藍(lán)牙等廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)管理層泪勒、過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技術(shù)直接應(yīng)用于變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)雨株、遠(yuǎn)程I/O纬惶、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設(shè)備間的通信子宵。

　　采用EPA網(wǎng)絡(luò)尚档，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動化智能工廠系統(tǒng)中從底層的現(xiàn)場設(shè)備層到上層的控制層、管理層的通信網(wǎng)絡(luò)平臺基于以太網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一彪性，即所謂的“E（Ethernet）網(wǎng)到底”彩梅。
　　
　　采用EPA，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能工廠中垂直和水平兩個方向的信息無縫集成：
　　
　　通過EPA網(wǎng)絡(luò)通信平臺提供的實(shí)時數(shù)據(jù)通信服務(wù)稍记，來自不同廠商的現(xiàn)場智能設(shè)備和應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)信息透明互訪和互可操作巩恼。
　　
　　采用EPA網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)智能工廠中從管理層靠抑、控制層直至現(xiàn)場設(shè)備層等所有網(wǎng)絡(luò)層基于以太網(wǎng)的信息無縫集成量九，用戶可以在世界的任何地方通過其訪問權(quán)限，直接通過常用的工具或軟件（而不是專用軟件）訪問智能工廠中的任何一個設(shè)備颂碧。

　　利用EPA開放網(wǎng)絡(luò)平臺荠列，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)與基于EPA的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS之間的信息無縫集成，使得工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中的大量控制和非控制信息能夠無縫地傳遞到制造執(zhí)行層和企業(yè)管理層系統(tǒng)载城，通過信息集成創(chuàng)新技術(shù)弯予、數(shù)據(jù)綜合利用技術(shù)、數(shù)據(jù)增值挖掘技術(shù)等个曙，對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)全過程實(shí)現(xiàn)高效智能化管理锈嫩。

　　4、互可操作
　　
　　與傳統(tǒng)的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)不同垦搬，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)不僅要解決信號的互通和互連呼寸，更需要解決信息的互通問題，即信息的互相識別猴贰、互相理解和互可操作对雪。
　　
　　所謂信號的互通，即兩個需要互相通信的設(shè)備所采用的通信介質(zhì)证摩、信號類型树颖、信號大小、信號的輸入/輸出匹配等幾方面的參數(shù)符合同一標(biāo)準(zhǔn)诡亥，即物理層標(biāo)準(zhǔn)效聂。在此基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議卑裹，不同的設(shè)備就能連接在同一網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)互連枷澜。

　　如今，幾乎所有的控制系統(tǒng)都采用了以太網(wǎng)蜒媳、TCP/IP協(xié)議作為其通信網(wǎng)絡(luò)跷缀，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的互連。但是古贡，如果僅采用以太網(wǎng)那捍、TCP/IP協(xié)議拾点，而沒有統(tǒng)一的高層協(xié)議（如應(yīng)用層協(xié)議），不同設(shè)備之間還不能相互理解槐滔、識別彼此所傳送的信息含義勃痴，就不能實(shí)現(xiàn)信息互通，也就不可能實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)之間的互可操作磷蜀。

　　為此召耘，《EPA標(biāo)準(zhǔn)》除了解決實(shí)時通信問題外，還為用戶層應(yīng)用程序定義了應(yīng)用層服務(wù)與協(xié)議規(guī)范褐隆，包括系統(tǒng)管理服務(wù)污它、域上/下載服務(wù)、變量訪問服務(wù)庶弃、事件管理服務(wù)等衫贬。至于ISO/OSI通信模型中的會話層、表示層等中間層次歇攻，為降低設(shè)備的通信處理負(fù)荷固惯，可以省略，而在應(yīng)用層直接定義與TCP/IP協(xié)議的接口缴守。
　　
　　為支持來自不同廠商的EPA設(shè)備之間的互可操作葬毫，《EPA標(biāo)準(zhǔn)》采用XML（eXtensible Markup Language）擴(kuò)展標(biāo)記語言為EPA設(shè)備描述語言，規(guī)定了設(shè)備資源屡穗、功能塊及其參數(shù)接口的描述方法讥捧。用戶可采用Microsoft 提供的通用DOM技術(shù)對EPA設(shè)備描述文件進(jìn)行解釋，而無需專用的設(shè)備描述文件編譯和解釋工具揖漫。

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