現(xiàn)場總線技術(shù)于上個世紀90年代進入市場，作為有可能替代模擬信號傳輸技術(shù)的新技術(shù)，用數(shù)字信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)4-20mA模擬信號，具有高性能低成本優(yōu)勢，一直被業(yè)界寄予厚望。當時業(yè)內(nèi)甚至有這種說法，以模擬信號傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的DCS將被現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS替代，未來流程工業(yè)控制系統(tǒng)將以現(xiàn)場總線技術(shù)為主流技術(shù)。

但實際上目前國內(nèi)新上大型石化煤化工項目，用戶一般仍然選擇以4-20mA+HART模擬信號為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。以至于現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有人認為現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)石化行業(yè)已經(jīng)式微，發(fā)展前景黯淡。

今天我們介紹一種新型的工業(yè)光總線技術(shù)，此技術(shù)在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字化方向做出了新的嘗試，開辟了一個新的技術(shù)路線。

工業(yè)光總線是將工業(yè)總線技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合以提供控制器和現(xiàn)場儀表設(shè)備總線互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)不只是將傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線與光纖媒質(zhì)簡單組合，而是為實現(xiàn)更高帶寬、高靈活性和低時延的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標，采用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸方式和交互機制進行優(yōu)化， 從而為現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)提供更具競爭力的性能指標，以滿足企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對網(wǎng)絡(luò)提出的更高要求。

在工廠控制系統(tǒng)架構(gòu)中，工業(yè)光總線技術(shù)定位在現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)（見下圖 ）。圖中所示的新型工業(yè)光總線技術(shù)采用在控制器側(cè)內(nèi)置光頭端模組，在現(xiàn)場I/O設(shè)備、現(xiàn)場總線協(xié)議網(wǎng)關(guān)、現(xiàn)場PLC/RTU等設(shè)備中內(nèi)置光終端模組的方式，并通過星型結(jié)構(gòu)無源光分配網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)，實現(xiàn)主站控制器到從站設(shè)備控制數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

工業(yè)光總線技術(shù)優(yōu)化了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式， 其中數(shù)據(jù)鏈路層將原有工業(yè)協(xié)議的串行通信機制改為并行，并通過縮短數(shù)據(jù)傳輸周期來降低物理鏈路層的時延。

新型的工業(yè)光總線技術(shù)有以下兩種工作模式：

工作模式一：工業(yè)光總線技術(shù)定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式，但對原有的工業(yè)協(xié)議進行透傳，不改變原有工業(yè)協(xié)議中的各類數(shù)據(jù)，如Modbus，EtherCAT，ProfiNet，ProfiBus DP/PA等。僅將數(shù)據(jù)載入到總線通信報文中然后傳送到對端。受限于原有的上層工業(yè)協(xié)議交互機制，此工作模式對降低系統(tǒng)總時延的改進有限。

   工作模式二：工業(yè)光總線技術(shù)定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式，同時在應(yīng)用層采用優(yōu)化后的新工業(yè)協(xié)議，其關(guān)鍵的改進為：優(yōu)化后的應(yīng)用層工業(yè)協(xié)議，配合底層的并行通信機制，降低了控制器的循環(huán)周期，從而達到工業(yè)應(yīng)用要求的確定性時延和可靠性傳輸。

工業(yè)光總線技術(shù)要點：

? 全光連接

采用光纖傳輸并可通過光分配網(wǎng)絡(luò)的多級分光技術(shù)組網(wǎng)。主站和主站、主站和從站間通過光纖、分光器等無源器件連接，抗干擾性強，并提供了工業(yè)現(xiàn)場終端的靈活接入能力。

? 并行數(shù)據(jù)處理

在優(yōu)化的工業(yè)總線協(xié)議中，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路層，每個時隙內(nèi)，每個從站均可并行向上發(fā)送數(shù)據(jù)到主站。將單個從站與主站的串行通信機制，改為多個從站與主站的并行通信，使得控制器的循環(huán)周期降低。

? 確定性時延

保證工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備的控制要求，實現(xiàn)主站與從站之間確定性低時延的傳輸，并可采用針對性的業(yè)務(wù)傳送機制，如多Burst突發(fā)、優(yōu)化的QoS、光同步技術(shù)等低時延、低抖動技術(shù)，提供更優(yōu)的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)性能。

? 冗余無源光網(wǎng)和在線維護

針對工業(yè)運行對連續(xù)可靠運行的要求，該技術(shù)保證了數(shù)據(jù)傳輸通道的物理冗余和熱備用，任何一路光纖通道的丟失，不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷，并且支持故障定位和在線恢復(fù)。

工業(yè)光總線給用戶帶來的價值：

? 低成本

光纖代替了銅芯電纜，設(shè)備材料成本大幅度降低。

? 生態(tài)友好

工業(yè)光總線支持現(xiàn)有工業(yè)協(xié)議的透傳，如Modbus TCP/RTU，EtherCAT， ProfiNet，ProfiBus DP/PA等。I/O模件支持現(xiàn)有4-20mA+HART 信號接入。

? 安全可靠

工業(yè)光總線方案通過無源器件組網(wǎng)，具備多種組網(wǎng)保護方式，同時，光纖不受到電磁干擾和雷電影響，光器件/光模組遵從工業(yè)級環(huán)境和散熱標準。

? 協(xié)議開放

工業(yè)光總線是一個開放的協(xié)議，只要滿足協(xié)議要求的設(shè)備都可以接入以工業(yè)光總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，帶給用戶更多的選擇。