第8章生產(chǎn)過程的運行工況故障預測、診斷與自愈控制現(xiàn)場總線技術(shù)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，現(xiàn)在已進入穩(wěn)定發(fā)展期。近幾年，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究與應用得到了迅速的發(fā)展，以其應用廣泛、通信速率高、成本低廉等優(yōu)勢引入到工業(yè)控制領(lǐng)域，成為新的熱點。8.1現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線（fieldbus）自產(chǎn)生以來，一直是自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，各自動化廠商紛紛推出自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，并在不同的領(lǐng)域和行業(yè)得到了越來越廣泛的應用，現(xiàn)在已處于穩(wěn)定發(fā)展期。近幾年，無線傳感網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)也融入到工業(yè)測控系統(tǒng)中。按照IEC對現(xiàn)場總線一詞的定義，現(xiàn)場總線是一種應用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信的技術(shù)。這是由IEC/TC65負責測量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信部分國際標準化工作的SC65/WG6定義的。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布式控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)據(jù)通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已受到世界范圍的關(guān)注而成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并將導致自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀50年代至今一直都在使用著一種信號標準，那就是4~20mA的模擬信號標準。20世紀70年代，數(shù)字式計算機引入到測控系統(tǒng)中，而此時的計算機提供的是集中式控制處理。20世紀80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應用，微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備中，形成了分布式控制系統(tǒng)。在分布式控制系統(tǒng)中，各微處理器被指定一組特定任務，通信則由一個帶有附屬“網(wǎng)關(guān)”的專有網(wǎng)絡(luò)提供，網(wǎng)關(guān)的程序大部分是由用戶編寫的。隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應用，產(chǎn)生了以IC代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核心，實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。8.1.1現(xiàn)場總線的產(chǎn)生一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數(shù)字式智能化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動量程轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態(tài)報告、趨勢圖等功能。通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始廣泛應用。與此同時，基于質(zhì)量分析的維護管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測試的記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在當?shù)靥幚硇畔?，并在必要時允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場儀表與上級控制系統(tǒng)的通信量大增。另外，從實際應用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此，導致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。1．現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進行連接。位于現(xiàn)場的測量變送器與位于控制室的控制器之間，控制器與位于現(xiàn)場的執(zhí)行器、開關(guān)、馬達之間均為一對一的物理連接?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，加上現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機構(gòu)直接傳送信號，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。8.1.2現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）結(jié)構(gòu)對比如圖8-1所示。圖8-1FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較由于采用數(shù)字信號替代模擬信號，因而可實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號，如運行參數(shù)值、多個設(shè)備狀態(tài)、故障信息等，同時又為多個設(shè)備提供電源，現(xiàn)場設(shè)備以外不再需要模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器件。這樣就為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。表8-1為FCS與DCS的詳細對比。表8-1FCS和DCS的詳細對比

FCSDCS結(jié)構(gòu)一對多：一對傳輸線接多臺儀表，雙向傳輸多個信號一對一：一對傳輸線接一臺儀表，單向傳輸一個信號可靠性可靠性好：數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強，精度高可靠性差：模擬信號傳輸不僅精度低，而且容易受干擾失控狀態(tài)操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整，還可以預測或?qū)ふ夜收?，始終處于操作員的遠程監(jiān)視與可控狀態(tài)之中操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作狀況，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預測故障，導致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)互換性用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連。即使某臺儀表故障，換上其他品牌的同類儀表照樣工作，實現(xiàn)“即接即用”盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標準（4~20）mADC，可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表無法互換儀表智能儀表除了具有模擬儀表的檢測、變換、補償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運算的能力

模擬儀表只具有檢測、變換、補償?shù)裙δ芸刂瓶刂乒δ芊稚⒃诟鱾€智能儀表中所有的控制功能集中在控制站中2．現(xiàn)場總線的技術(shù)特點（1）系統(tǒng)的開放性（2）互可操作性與互用性（3）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性（5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應性3．現(xiàn)場總線的優(yōu)點由于現(xiàn)場總線的以上特點，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資（2）節(jié)省安裝費用（3）節(jié)約維護開銷（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)（5）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性數(shù)字技術(shù)的發(fā)展完全不同于模擬技術(shù)，數(shù)字技術(shù)標準的制定往往早于產(chǎn)品的開發(fā)，標準決定著新興產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。IECTC65（負責工業(yè)測量和控制的第65標準化技術(shù)委員會）于1999年底通過的8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158最早的國際標準。最新的IEC61158Ed.4標準于2007年7月出版。IEC61158第四版由多個部分組成，主要包括以下內(nèi)容：IEC61158–1總論與導則IEC61158–2物理層服務定義與協(xié)議規(guī)范IEC61158–300數(shù)據(jù)鏈路層服務定義IEC61158–400數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范IEC61158–500應用層服務定義8.1.3現(xiàn)場總線標準的制定IEC61158–600應用層協(xié)議規(guī)范IEC61158Ed.4標準包括的現(xiàn)場總線類型如下：Type1IEC61158（FF的H1）Type2CIP現(xiàn)場總線Type3PROFIBUS現(xiàn)場總線Type4P-Net現(xiàn)場總線Type5FFHSE現(xiàn)場總線Type6SwiftNet被撤銷Type7WorldFIP現(xiàn)場總線Type8INTERBUS現(xiàn)場總線Type9FFH1以太網(wǎng)Type10PROFINET實時以太網(wǎng)Type11TCnet實時以太網(wǎng)Type12EtherCAT實時以太網(wǎng)Type13EthernetPowerlink實時以太網(wǎng)Type14EPA實時以太網(wǎng)Type15Modbus-RTPS實時以太網(wǎng)Type16SERCOSI、II現(xiàn)場總線Type17VNET/IP實時以太網(wǎng)Type18CC-Link現(xiàn)場總線Type19SERCOSIII現(xiàn)場總線Type20HART現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信，通信就必須有協(xié)議，從這個意義上講，現(xiàn)場總線就是一個定義了硬件接口和通信協(xié)議的標準。國際標準化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，是為計算機互聯(lián)網(wǎng)而制定的七層參考模型，它對任何網(wǎng)絡(luò)都是適用的，只要網(wǎng)絡(luò)中所要處理的要素是通過共同的路徑進行通信。目前，各個公司生產(chǎn)的現(xiàn)場總線產(chǎn)品沒有一個統(tǒng)一的協(xié)議標準，但是各公司在制定自己的通信協(xié)議時，都參考OSI七層協(xié)議標準，且大都采用了其中的第1層、第2層和第7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，并增設(shè)了第8層即用戶層。8.1.4現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)1．物理層物理層定義了信號的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機械特性、信號傳輸速率等?，F(xiàn)場總線有兩種編碼方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但頻帶利用率低，后者剛好相反。Manchester編碼采用基帶傳輸，而NRZ編碼采用頻帶傳輸。調(diào)制方式主要有CPFSK和COFSK?，F(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。2．數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個子層，即介質(zhì)訪問控制層（MAC）和邏輯鏈路控制層（LLC）。MAC功能是對傳輸介質(zhì)傳送的信號進行發(fā)送和接收控制，而LLC層則是對數(shù)據(jù)鏈進行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以是主站，也可以是從站，主站有控制收發(fā)數(shù)據(jù)的權(quán)利，而從站則只有響應主站訪問的權(quán)利。關(guān)于MAC層，目前有三種協(xié)議：（1）集中式輪詢協(xié)議：其基本原理是網(wǎng)絡(luò)中有主站，主站周期性地輪詢各個節(jié)點，被輪循的節(jié)點允許與其他節(jié)點通信。（2）令牌總線協(xié)議：這是一種多主站協(xié)議，主站之間以令牌傳送協(xié)議進行工作，持有令牌的站可以輪詢其他站。（3）總線仲裁協(xié)議：其機理類似于多機系統(tǒng)中并行總線的管理機制。3．應用層應用層可以分為兩個子層，上面子層是應用服務層（FMS層），它為用戶提供服務；下面子層是現(xiàn)場總線存取層（FAS層），它實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的連接。應用層的功能是進行現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場總線變量的訪問。它為用戶應用提供接口，定義了如何應用讀、寫、中斷和操作信息及命令，同時定義了信息、句法（包括請求、執(zhí)行及響應信息）的格式和內(nèi)容。應用層的管理功能在初始化期間初始化網(wǎng)絡(luò)，指定標記和地址。同時按計劃配置應用層，也對網(wǎng)絡(luò)進行控制，統(tǒng)計失敗和檢測新加入或退出網(wǎng)絡(luò)的裝置。4．用戶層用戶層是現(xiàn)場總線標準在OSI模型之外新增加的一層，是使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。用戶層定義了從現(xiàn)場裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標準“功能模塊”。事實上，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品實現(xiàn)功能塊的程序可能完全不同，但對功能塊特性描述、參數(shù)設(shè)定及相互連接的方法是公開統(tǒng)一的。信息在功能塊內(nèi)經(jīng)過處理后輸出，用戶對功能塊的工作就是選擇“設(shè)定特征”及“設(shè)定參數(shù)”，并將其連接起來。功能塊除了輸入輸出信號外，還輸出表征該信號狀態(tài)的信號。8.2工業(yè)以太網(wǎng)概述20世紀70年代早期，國際上公認的第一個以太網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)于Xerox公司的PaloAltoResearchCenter（PARC），它以無源電纜作為總線來傳送數(shù)據(jù)，在1000m的電纜上連接了100多臺計算機，并以曾經(jīng)在歷史上表示傳播電磁波的以太（Ether）來命名，這就是如今以太網(wǎng)的鼻祖。以太網(wǎng)發(fā)展的歷史如表8-2所示。8.2.1以太網(wǎng)技術(shù)表8-2以太網(wǎng)的發(fā)展簡表標準及重大事件標志內(nèi)容，時間（速度）Xerox公司開始研發(fā)1972年首次展示初始以太網(wǎng)1976年（2.94Mbit/s）標準DIXV1.0發(fā)布1980年（10Mbit/s）IEEE802.3標準發(fā)布1983年，基于CSMA/CD訪問控制10Base-T1990年，雙絞線交換技術(shù)1993年，網(wǎng)絡(luò)交換機100Base-T1995年，快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）千兆以太網(wǎng)1998年萬兆以太網(wǎng)2002年人們習慣將用于工業(yè)控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)統(tǒng)稱為工業(yè)以太網(wǎng)。如果仔細劃分，按照國際電工委員會SC65C的定義，工業(yè)以太網(wǎng)是用于工業(yè)自動化環(huán)境、符合IEEE802.3標準、按照IEEE802.1D“媒體訪問控制（MAC）網(wǎng)橋”規(guī)范和IEEE802.1Q“局域網(wǎng)虛擬網(wǎng)橋”規(guī)范、對其沒有進行任何實時擴展（extension）而實現(xiàn)的以太網(wǎng)。以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)比較如表8-3所示。8.2.2工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)表8-3以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的比較項目工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備商用以太網(wǎng)設(shè)備元器件工業(yè)級商用級接插件耐腐蝕、防塵、防水，如加固型RJ45、DB-9、航空插頭等一般RJ45工作電壓24VDC220VAC電源冗余雙電源一般沒有安裝方式DIN導軌和其他固定安裝桌面、機架等工作溫度-40

C~85

C、或-20

C~70

C5

C~40

C電磁兼容性標準EN50081-2（工業(yè)級EMC）EN50082-2（工業(yè)級EMC）辦公室用EMCMTBF值至少10年3~5年工業(yè)以太網(wǎng)即應用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，它在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但又必須滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信的需求。在產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、可靠性、抗干擾能力、實時性等方面滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的應用。一般而言，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應滿足以下要求：（1）具有較好的響應實時性（2）可靠性和容錯性要求（3）力求簡潔（4）環(huán)境適應性要求（5）開放性好（6）安全性要求（7）總線供電要求（8）安裝方便工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議在本質(zhì)上仍基于以太網(wǎng)技術(shù)，在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均采用了IEEE802.3標準，在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層則采用被稱為以太網(wǎng)“事實上的標準”的TCP/IP協(xié)議簇（包括UDP、TCP、IP、ICMP、IGMP等協(xié)議），它們構(gòu)成了工業(yè)以太網(wǎng)的低四層。在高層協(xié)議上，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議通常都省略了會話層、表示層，而定義了應用層，有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議還定義了用戶層（如HSE）。工業(yè)以太網(wǎng)的通信模型如圖8-2所示。8.2.3工業(yè)以太網(wǎng)通信模型圖8-2工業(yè)以太網(wǎng)的通信模型工業(yè)以太網(wǎng)與商用以太網(wǎng)相比，具有如下特征：（1）通信實時性（2）環(huán)境適應性和安全性（3）產(chǎn)品可靠性設(shè)計（4）網(wǎng)絡(luò)可用性以太網(wǎng)發(fā)展到工業(yè)以太網(wǎng)，從技術(shù)方面來看，與現(xiàn)場總線相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有以下優(yōu)勢：（1）應用廣泛（2）成本低廉（3）通信速率高（4）開放性和兼容性好，易于信息集成（5）控制算法簡單（6）軟硬件資源豐富（7）不需要中央控制站（8）可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ螅?）易于與Internet連接8.2.4工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢工業(yè)以太網(wǎng)一般應用于通信實時性要求不高的場合。對于響應時間小于5ms的應用，工業(yè)以太網(wǎng)已不能勝任。為了滿足高實時性能應用的需要，各大公司和標準組織紛紛提出各種提升工業(yè)以太網(wǎng)實時性的技術(shù)解決方案。這些方案建立在IEEE802.3標準的基礎(chǔ)上，通過對其和相關(guān)標準的實時擴展提高實時性，并且做到與標準以太網(wǎng)的無縫連接，這就是實時以太網(wǎng)（realtimeEthernet，RTE）。根據(jù)IEC61784-2-2010標準定義，所謂實時以太網(wǎng)，就是根據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的要求和特點，在ISO/IEC8802-3協(xié)議基礎(chǔ)上，通過增加一些必要的措施，使之具有實時通信能力：（1）網(wǎng)絡(luò)通信在時間上的確定性，即在時間上，任務的行為可以預測；8.2.5實時以太網(wǎng)（2）實時響應適應外部環(huán)境的變化，包括任務的變化、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增/減、網(wǎng)絡(luò)失效診斷等；（3）減少通信處理延遲，使現(xiàn)場設(shè)備間的信息交互在極小的通信延遲時間內(nèi)完成。2007年出版的IEC61158現(xiàn)場總線國際標準和IEC61784-2實時以太網(wǎng)應用國際標準收錄了以下十種實時以太網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議如表8-4所示。表8-4IEC國際標準收錄的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)名稱技術(shù)來源應用領(lǐng)域Ethernet/IP美國Rockwell公司過程控制PROFINET德國Siemens公司過程控制、運動控制P-NET丹麥Process-DataA/S公司過程控制Vnet/IP日本Yokogawa橫河過程控制TC-net東芝公司過程控制EtherCAT德國Beckhoff公司運動控制EthernetPowerlink奧地利B&R公司運動控制EPA浙江大學、浙江中控公司等過程控制、運動控制Modbus/TCP法國Schneider-electric公司過程控制SERCOS-III德國Hilscher公司運動控制實時工業(yè)以太網(wǎng)采用不同的實時策略來提高實時性能，根據(jù)其提高實時性策略的不同，實現(xiàn)模型可分為3種。實時工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)模型如圖8-3所示。8.2.6實時工業(yè)以太網(wǎng)模型分析圖8-3實時工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)模型工業(yè)以太網(wǎng)的三種實現(xiàn)如表8-5所示。表8-5工業(yè)以太網(wǎng)的三種實現(xiàn)序號技術(shù)特點說明應用實例1基于TCP/IP實現(xiàn)特殊部分在應用層Modbus/TCPEthernet/IP2基于以太網(wǎng)實現(xiàn)不僅實現(xiàn)了應用層，而且在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層做了修改EthernetPOWERLINKPROFINETRT3修改以太網(wǎng)實現(xiàn)不僅在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層做了修改，而且改進了底下兩層，需要特殊的網(wǎng)絡(luò)控制器EtherCATSERCOSIIIPROFINETIRT幾種實時工業(yè)以太網(wǎng)的對比如表8-6所示。8.2.7幾種實時工業(yè)以太網(wǎng)的比較表8-6幾種實時工業(yè)以太網(wǎng)的對比實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATSERCOSⅢPROFINETIRTPOWERLINKEPAEthernet/IP管理組織ETGIGSPNOEPGEPA俱樂部ODVA通信機構(gòu)主/從主/從主/從主/從C/SC/S傳輸模式全雙工全雙工半雙工半雙工全雙工全雙工實時特性100軸，響應時間100μs8個軸，響應時間32.5μs100軸，響應時間1ms100軸，響應時間1ms

1~5ms拓撲結(jié)構(gòu)星形、線形、環(huán)形、樹形、總線形線形、環(huán)形星形、線形星形、樹形、總線形樹形、星形星形、樹形同步方法時間片+IEEE1588主節(jié)點+循環(huán)周期時間槽調(diào)度+IEEE1588時間片+IEEE1588IEEE1588IEEE1588同步精度100ns<1μs1μs1μs500ns1μs幾個實時工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率對比如圖8-4所示。圖8-4幾個實時工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率對比8.3現(xiàn)場總線簡介由于技術(shù)和利益的原因，目前國際上存在著幾十種現(xiàn)場總線標準，比較流行的主要有FF、CAN、DeviceNet、LonWorks、PROFIBUS、HART、INTERBUS、CC-Link、ControlNet、WorldFIP、P-Net、SwiftNet等現(xiàn)場總線。基金會現(xiàn)場總線，即FoundationFieldbus，簡稱FF，這是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首、聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WorldFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。8.3.1FF基金會現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25kbit/s，通信距離可達1900m（可加中繼器延長），可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbit/s和2.5Mbit/s兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。CAN是控制器局域網(wǎng)ControllerAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司提出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領(lǐng)域。CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1Mbit/s/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/5kbit/s，可掛接設(shè)備最多可達110個。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。8.3.2CAN和CANFDCAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點均可在任意時刻主動向其他節(jié)點發(fā)送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當出現(xiàn)幾個節(jié)點同時在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信控制器，如NXP公司的SJA1000、Mirochip公司的MCP2515、內(nèi)嵌CAN通信控制器的ARM和DSP等。還有插在PC機上的CAN總線適配器，具有接口簡單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價格便宜等優(yōu)點。在汽車領(lǐng)域，隨著人們對數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求的增加，傳統(tǒng)的CAN總線由于帶寬的限制難以滿足這種增加的需求。當今社會，汽車已經(jīng)成為生活中不可缺少的一部分，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望汽車是生活及工作范圍的一種延伸。在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以打電話、上網(wǎng)、娛樂和工作。因此，汽車制造商為了提高產(chǎn)品競爭力，將越來越多的功能集成到了汽車上。ECU（電子控制單元）大量地增加使總線負載率急劇增大，傳統(tǒng)的CAN總線越來越顯得力不從心。此外為了縮小CAN網(wǎng)絡(luò)（最大1Mbit/s）與FlexRay（最大10Mbit/s）網(wǎng)絡(luò)的帶寬差距，BOSCH公司2011年推出了CANFD（CANwithFlexibleData-Rate）方案。美國的埃施朗（Echelon）公司是全分布智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)LonWorks平臺的創(chuàng)立者，LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于各主要工業(yè)領(lǐng)域，如工廠廠房自動化、生產(chǎn)過程控制、樓宇及家庭自動化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運輸業(yè)等，為實現(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò)提供完整的解決方案。美國Echelon公司于1992年成功推出了LonWorks智能控制網(wǎng)絡(luò)。LON（LocalOperatingNetworks）總線是該公司推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術(shù)，為LON總線設(shè)計和成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺。其通信協(xié)議LonTalk支持OSI/RM的所有七層模型，這是LON總線最突出的特點。LonTalk協(xié)議通過神經(jīng)元芯片（NeuronChip）上的硬件和固件（firmware）實現(xiàn)。提供介質(zhì)存取、8.3.3LonWorks事務確認和點對點通信服務；還有一些如認證、優(yōu)先級傳輸、單一/廣播/組播消息發(fā)送等高級服務。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以是總線形、星形、環(huán)形和混合形，可實現(xiàn)自由組合。另外，通信介質(zhì)支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線和電力線等。應用程序采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。2005年之前，LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片（NeuronChip）。神經(jīng)元芯片主要有3120和3150兩大系列，生產(chǎn)廠家最早的有Motorola公司和TOSHIBA公司，后來生產(chǎn)神經(jīng)元芯片的廠家是TOSHIBA公司和美國的Cypress公司。TOSHIBA公司生產(chǎn)的神經(jīng)元芯片型號為TMPN3120和TMPN3150兩個系列。TMPN3120不支持外部存儲器，它本身帶有EEPROM；TMPN3150支持外部存儲器，適合功能較為復雜的應用場合。Cypress公司生產(chǎn)的神經(jīng)元芯片型號為CY7C53120和CY7C53150兩個系列。2005年之后，上述神經(jīng)元芯片不再給用戶供貨，Echelon公司主推FT智能收發(fā)器和Neuron處理器。2018年9月，總部位于美國加州的AdestoTechnologies（阿德斯托技術(shù)）公司收購了Echelon公司。Adesto公司成功推出的FT6050智能收發(fā)器和Neuron6050處理器是用于現(xiàn)代化和整合智能控制網(wǎng)絡(luò)的片上系統(tǒng)。PROFIBUS是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線，ISO/OSI模型也是它的參考模型。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化。PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。8.3.4PROFIBUS它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集，DP型隱去了3~7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第3~6層，采用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2（H1）標準，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。PROFIBUS的傳輸速率為9.6kbit/s~12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6kbit/s時為1200m，1.5Mbit/s時為200m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。8.4工業(yè)以太網(wǎng)簡介EtherCAT是由德國BECKHOFF公司開發(fā)的，并且在2003年底成立了ETG工作組（EthernetTechnologyGroup）。EtherCAT是一個可用于現(xiàn)場級的超高速I/O網(wǎng)絡(luò)，它使用標準的以太網(wǎng)物理層和常規(guī)的以太網(wǎng)卡，介質(zhì)可為雙絞線或光纖。1.以太網(wǎng)的實時能力目前，有許多方案力求實現(xiàn)以太網(wǎng)的實時能力。例如，CSMA/CD介質(zhì)存取過程方案，即禁止高層協(xié)議訪問過程，而由時間片或輪循方式所取代的一種解決方案。8.4.1EtherCAT另一種解決方案則是通過專用交換機精確控制時間的方式來分配以太網(wǎng)包。這些方案雖然可以在某種程度上快速準確地將數(shù)據(jù)包傳送給所連接的以太網(wǎng)節(jié)點，但是，輸出或驅(qū)動控制器重定向所需要的時間以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需要的時間都要受制于具體的實現(xiàn)方式。一般常規(guī)的工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸方法都采用先接收通信幀，進行分析后作為數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)中各個模塊的通信方式，而EtherCAT的以太網(wǎng)協(xié)議幀中已經(jīng)包含了網(wǎng)絡(luò)中各個模塊的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸采用移位同步的方法進行，即在網(wǎng)絡(luò)的模塊中得到其相應地址數(shù)據(jù)的同時，數(shù)據(jù)幀可以傳送到下一個設(shè)備，相當于數(shù)據(jù)幀通過一個模塊時輸出相應的數(shù)據(jù)后，立即轉(zhuǎn)入下一個模塊。由于這種數(shù)據(jù)幀的傳送從一個設(shè)備到另一個設(shè)備延遲時間僅為微秒級，所以與其他以太網(wǎng)解決方法相比，性能比得到了提高。在網(wǎng)絡(luò)段的最后一個模塊結(jié)束了整個數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，形成了一個邏輯和物理環(huán)形結(jié)構(gòu)。所有傳輸數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)的協(xié)議相兼容，同時采用雙工傳輸，提高了傳輸?shù)男省?.EtherCAT的運行原理EtherCAT技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通過該項技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復制到各個設(shè)備。EtherCAT從站設(shè)備在報文經(jīng)過其節(jié)點時讀取相應的編址數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報文經(jīng)過時插入至報文中。整個過程中，報文只有幾納秒的時間延遲。由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，所以有效數(shù)據(jù)率可達90%以上。100Mbit/sTX的全雙工特性完全得以利用，因此，有效數(shù)據(jù)率可大于100Mbit/s。符合IEEE802.3標準的以太網(wǎng)協(xié)議無需附加任何總線即可訪問各個設(shè)備。耦合設(shè)備中的物理層可以將雙絞線或光纖轉(zhuǎn)換為LVDS，以滿足電子端子塊等模塊化設(shè)備的需求。這樣，就可以非常經(jīng)濟地對模塊化設(shè)備進行擴展。EtherCAT的通信協(xié)議模型如圖8-5所示。圖8-5EtherCAT通信協(xié)議模型3.EtherCAT的實施

EtherCAT技術(shù)是面向經(jīng)濟的設(shè)備而開發(fā)的，如I/O端子、傳感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3標準的以太網(wǎng)幀。這些幀由主站設(shè)備發(fā)送，從站設(shè)備只是在以太網(wǎng)幀經(jīng)過其所在位置時才提取和/或插入數(shù)據(jù)。因此，EtherCAT使用標準的以太網(wǎng)MAC，這正是其在主站設(shè)備方面智能化的表現(xiàn)。同樣，EtherCAT從站控制器采用ASIC芯片，在硬件中處理過程數(shù)據(jù)協(xié)議，確保提供最佳實時性能。EtherCAT擁有多種機制，支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通信。它實現(xiàn)了安全功能，采用技術(shù)可行且經(jīng)濟實用的方法，使以太網(wǎng)技術(shù)可以向下延伸至I/O級。EtherCAT功能優(yōu)越，可以完全兼容以太網(wǎng)，可將因特網(wǎng)技術(shù)嵌入到簡單設(shè)備中，并最大化地利用了以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬，是一種實時性能優(yōu)越且成本低廉的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。4.EtherCAT的應用EtherCAT廣泛適用于機器人、機床、包裝機械、印刷機、沖壓機、半導體制造機器、試驗臺、電廠、變電站、自動化裝配系統(tǒng)、紙漿和造紙機、隧道控制系統(tǒng)、焊接機、起重機和升降機、樓宇控制系統(tǒng)、鋼鐵廠、風機和稱重系統(tǒng)等。PROFINET是由PROFIBUS國際組織（PROFIBUSInternational，PI）提出的基于實時以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標準，將工廠自動化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機地融為一體，同時又完全保留了PROFIBUS現(xiàn)有的開放性。PROFINET支持除星形、總線形和環(huán)形之外的拓撲結(jié)構(gòu)。PROFINET滿足了實時通信的要求，可應用于運動控制。PROFINET提供標準化的獨立于制造商的工程接口。它能夠方便地把各個制造商的設(shè)備和組件集成到單一系統(tǒng)中。設(shè)備之間的通信鏈接以圖形形式組態(tài)，無需編程。最早建立自動化工程系統(tǒng)與微軟操作系統(tǒng)及其軟件的接口標準，使得自動化行業(yè)的工程應用能夠被WindowsNT/2000所接收，將工程系統(tǒng)、實時系統(tǒng)以及Windows操作系統(tǒng)結(jié)合為一個整體，PROFINET的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。8.4.2PROFINET圖8-6PROFINET的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PROFINET是一個整體的解決方案，PROFINET的通信模型如圖8-7所示。圖8-7PROFINET通信協(xié)議模型2004年5月，由浙江大學牽頭，重慶郵電大學作為第4核心成員制定的新一代現(xiàn)場總線標準——《用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA通信標準》（簡稱EPA標準）成為我國第一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)并被IEC認可的工業(yè)自動化領(lǐng)域國際標準（IEC/PAS62409）。EPA（EthernetforPlantAutomation）系統(tǒng)是一種分布式系統(tǒng)，它是利用ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15等協(xié)議定義的網(wǎng)絡(luò)，將分布在現(xiàn)場的若干個設(shè)備、小系統(tǒng)以及控制、監(jiān)視設(shè)備連接起來，使所有設(shè)備一起運作，共同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作過程中的測量和控制。EPA系統(tǒng)可以用于工業(yè)自動化控制環(huán)境。8.4.3EPAEPA標準定義了基于ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15以及RFC791、RFC768和RFC793等協(xié)議的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、應用層服務定義與協(xié)議規(guī)范以及基于XML的設(shè)備描述規(guī)范。1.EPA技術(shù)與標準EPA根據(jù)IEC61784-2的定義，在ISO/IEC8802-3協(xié)議基礎(chǔ)上，進行了針對通信確定性和實時性的技術(shù)改造，其通信協(xié)議模型如圖8-8所示。除了ISO/IEC8802-3/IEEE802.11/IEEE802.15、TCP(UDP)/IP以及IT應用協(xié)議等組件外，EPA通信協(xié)議還包括EPA實時性通信進程、EPA快速實時性通信進程、EPA應用實體和EPA通信調(diào)度管理實體。針對不同的應用需求，EPA確定性通信協(xié)議簇中包含了以下幾個部分：（1）非實時性通信協(xié)議（N-real-time，NRT）圖8-8EPA通信協(xié)議模型（2）實時性通信協(xié)議（real-time，RT）（3）快速實時性通信協(xié)議（fastreal-time，F(xiàn)RT）（4）塊狀數(shù)據(jù)實時性通信協(xié)議（blockreal-time，BRT）EPA標準體系包括EPA國際標準和EPA國家標準兩部分。EPA國際標準包括一個核心技術(shù)國際標準和四個EPA應用技術(shù)標準。以EPA為核心的系列國際標準為新一代控制系統(tǒng)提供了高性能現(xiàn)場總線完整解決方案，可廣泛應用于過程自動化、工廠自動化（包括數(shù)控系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)運動控制等）、汽車電子等，可將工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺統(tǒng)一到開放的以太網(wǎng)技術(shù)上來。2.EPA確定性通信機制為提高工業(yè)以太網(wǎng)通信的實時性，一般采用以下措施：提高通信速率；減少系統(tǒng)規(guī)模，控制網(wǎng)絡(luò)負荷；采用以太網(wǎng)的全雙工交換技術(shù)；采用基于IEEE802.3p的優(yōu)先級技術(shù)。采用上述措施可以使其不確定性問題得到相當程度的緩解，但不能從根本上解決以太網(wǎng)通信不確定性的問題。3.EPA-FRT強實時通信技術(shù)EPA-RT標準是根據(jù)流程控制需求制定的，其性能完全滿足流程控制對實時、確定通信的需求，但沒有考慮到其他控制領(lǐng)域的需求，如運動控制、飛行器姿態(tài)控制等強實時性領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域方面，提出了比流程控制領(lǐng)域更為精確的時鐘同步要求和實時性要求，且其報文特征更為明顯。相比于流程控制領(lǐng)域，運動控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)通信的強實時性和高同步精度提出了更高的要求：（1）高同步精度的要求（2）強實時性的要求4.EPA的技術(shù)特點EPA具有以下技術(shù)特點：（1）確定性通信（2）“E”網(wǎng)到底（3）互操作性（4）開放性（5）分層的安全策略（6）冗余8.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實踐是全球范圍內(nèi)正在進行的人與機器、機器與機器連接的新一輪技術(shù)革命。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在美國、德國和中國三大主要制造業(yè)國家依據(jù)各自產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢沿著不同的演進路徑迅速擴散。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐則以全面互聯(lián)與定制化為共性特點形成制造范式，深刻影響著研發(fā)、生產(chǎn)和服務等各個環(huán)節(jié)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵日漸豐富，傳感器互聯(lián)（物聯(lián)）與綜合集成、虛擬化技術(shù)、大規(guī)模海量數(shù)據(jù)挖掘預測等信息技術(shù)應用呈現(xiàn)出更為多樣的工業(yè)系統(tǒng)智能化特征?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)與管理創(chuàng)新所集聚形成的產(chǎn)業(yè)生態(tài)將構(gòu)建新型的生產(chǎn)組織方式，也將改變產(chǎn)品的技術(shù)品質(zhì)和生產(chǎn)效率，進而從根本上顛覆制造業(yè)的發(fā)展模式和進程。1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的誕生2012年以來，美國政府將重塑先進制造業(yè)核心競爭力上升為國家戰(zhàn)略。美國政府、企業(yè)及相關(guān)組織發(fā)布了《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》、《高端制造業(yè)合作伙伴計劃》（AdvancedManufacturingPartnership，AMP）等一系列綱領(lǐng)性政策文件，旨在推動建立本土創(chuàng)新機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，借助新型信息技術(shù)和自動化技術(shù)，促進及增強本國企業(yè)研發(fā)活動和制造技術(shù)方面的創(chuàng)新與升級。在此背景下，深耕美國高端制造業(yè)多年的美國通用電氣公司（GE）提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的新概念。GE公司將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)視為物聯(lián)網(wǎng)之上的全球性行業(yè)開放式應用，是優(yōu)化工業(yè)設(shè)施和機器的運行和維護、提升資產(chǎn)運營績效、實現(xiàn)降低成本目標的重要資產(chǎn)。8.5.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅連接人、數(shù)據(jù)、智能資產(chǎn)和設(shè)備，而且融合了遠程控制和大數(shù)據(jù)分析等模型算法，同時建立針對傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備制造業(yè)提供增值服務的完整體系，有著應用工業(yè)大數(shù)據(jù)改善運營成本、運營回報等清晰的業(yè)務邏輯。應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)，正在開始新一輪的工業(yè)革命?？v觀裝備制造行業(yè)，建立工業(yè)知識儲備和軟件分析能力已經(jīng)成為核心技術(shù)路徑，提供分析和預測服務獲得新業(yè)務市場則是戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的新模式。2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)源自GE航空發(fā)動機預測性維護模式。在美國政府及企業(yè)的推動下，GE為航空、醫(yī)療、生物制藥、半導體芯片、材料等先進制造領(lǐng)域演繹了提高制造業(yè)效率、資產(chǎn)和運營優(yōu)化的各種典型范例。其中的基礎(chǔ)支撐和動力，正是GE整合AT＆T、思科、IBM、Intel等信息龍頭企業(yè)資源，聯(lián)手組建了帶有鮮明“跨界融合”特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，隨后吸引了全球制造、通信、軟件等行業(yè)的企業(yè)加入。這些企業(yè)資源覆蓋了電信服務、通信設(shè)備、工業(yè)制造、數(shù)據(jù)分析和芯片技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)品和服務。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟利用新一代信息通信技術(shù)的通用標準激活傳統(tǒng)工業(yè)過程，突破了GE一家公司的業(yè)務局限，內(nèi)涵拓寬至整個工業(yè)領(lǐng)域。2013年4月，德國在漢諾威工業(yè)博覽會上發(fā)布《實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》，正式將工業(yè)4.0作為強化國家優(yōu)勢的戰(zhàn)略選擇。許多德國企業(yè)在全球享有較高的知名度。例如西門子、奔馳、寶馬以及博世等大型企業(yè)，因具有領(lǐng)先的技術(shù)和研發(fā)能力而廣為人知。2015年，中國政府工作報告提出“互聯(lián)網(wǎng)+”和《中國制造2025》戰(zhàn)略，進一步豐富了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。作為當今世界上制造業(yè)三大主體的中國、美國和德國，幾乎在相同時間提出的三大戰(zhàn)略，無論在具體做法和關(guān)注點上有何區(qū)別，其整體目標是一致的，都是在平臺上將人、機器、設(shè)備信息進行有效的結(jié)合，并且通過工業(yè)生產(chǎn)力和信息生產(chǎn)力的融合，最終創(chuàng)造新的生產(chǎn)力，推進工業(yè)革命發(fā)展進程。1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵可以從構(gòu)成要素、核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應用三個層面去認識工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的的內(nèi)涵。（1）從構(gòu)成要素角度工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是機器、數(shù)據(jù)和人的融合、工業(yè)生產(chǎn)中，各種機器、設(shè)備組和設(shè)施通過傳感器、嵌入式控制器和應用系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)建形成基于“云-