中国企业自主开发产品选择通信技术标准问题的思考

本文主要针对自动化行业国内企业自主开发产品中采用通信技术标准现状及技术开发能力、国外现状及技术开发能力、未来市场要求、及企业应对对策等问题发表个人看法。本文作者多年负责中国现场总线PROFIBUS资格中心、中国PROFIBUS产品测试实验室工作，文中对国内企业通信技术现状及开发能力的了解来自近年来从事现场总线技术推广业务；文中对国外企业（主要是欧洲）通信技术现状及开发能力了解来自资格中心、及实验室的国际交流。 本文中凡提到“网络通信技术”，即指现场总线或工业以太网技术。凡提到“中国企业自主开发产品” 即指通常所说“国产”自动化类产品，如：变送器、在线仪表、PLC、I/O、驱动器、显示仪表等等。 一、问题的提出 虽然目前中国自动化产品主要市场份额为国际知名厂家产品所占有，但中国企业自主开发的产品必将逐步占领市场并取得相当份额，这只是时间问题，是大势所趋。本人对此深信不疑。此类观点长期以来一直有很大争议，但并非本文议题。作者只是想在本文中向自主开发自动化产品的中国企业提出一个警示：必须注意发展产品的通信技术，否则，近年来有了良好的发展势头的中国自动化产品将再次受到遏制和阻碍。问题提出的主要依据如下： 1、 网络通信技术是当今自动化类产品必备之功能——关系到企业产品生死攸关的大事  当今时代，自动化类产品必须具备通信接口，支持某种通信技术标准，能够与自动化系统连接，否则将会退出市场。我们可以回忆一下十年前，在中国市场上见到不少国际自动化厂家产品，包括：变送器、在线仪表、PLC、I/O、驱动器等等。随后现场总线技术兴起。凡是跟随通信技术发展主流的厂家，今天我们仍然可以见到它们的产品处在增长、发展的势头上。凡对通信技术发展漠不关心、或在这次技术发展中掉队的厂家，无论它曾经多么辉煌，今天可以看到它处在沉沦和下滑的趋势中。一些本来排名靠后企业由于抓住通信技术的发展机会得到发展。历史告诉我们，凡自动化行业企业，不能在通信技术上掉队。今后，在自动化系统中，没有独立于系统之外的现场设备，也没有独立于主系统的子系统。 2、多种标准共存，产品不得不支持多种协议 众所周知，目前市场上并存多种通信协议标准。主流通信技术标准也有几种，互不兼容。这为所有自动化设备供应商提出了难题，对它们的生存提出了挑战；辩证的看，也提供了企业新的发展机会。 ① 产品采用非标准、非主流通信技术协议——形同虚设。 如果产品只内置一两个RS-232/485接口，自定义一种简单协议，用于产品的调试、简单通信功能；这种非标准、非主流通信技术协议产品不能直接接入主流、标准的通信网络系统，不适应当前自动化市场的需要。 ② 产品只有采用主流、标准的通信技术协议才有前途。 主流、标准的通信技术协议当然是指国际IEC通过的现场总线或工业以太网标准，但更重要的是看市场。自动化产品必须跟定系统厂家主流采用的通信技术标准才有前途。 ③ 标准、主流网络通信技术也不是统一的，多种并存的格局将持续；自动化设备不得不支持多种协议。 通常，系统厂家是某一种现场总线或工业以太网通信协议标准的旗手、或骨干。系统厂家一般都有一个系统的网络规划、战略。目前现状是：不同系统厂家在不同行业有各自优势，采用完全不同的现场总线或工业以太网标准。也有系统厂家在不同行业支持不同通信标准。因此，为了在不同行业与不同系统厂家通信标准兼容，自动化产品不得不支持多种协议标准。 ④ 集成工具、设备描述语言互不相同 不同现场总线或工业以太网标准，有不同的设备描述语言、设备集成工具。如GSD、XML、EDDL、FDT/DTM等。 3、企业面对的困境  如上所述，自动化产品企业必须提升产品通信技术才能维持今后的生存；而这样的技术提升对于自动化行业的技术人员来说是完全陌生、全新的技术领域。技术复杂程度和难度需要企业投入相当的人力、物力、时间资源。一般来说，企业的产品开发部门应该分离出一个专业通信技术研发团队，这个团队要研发几种网络协议、及设备描述和集成技术。这对中、小企业来说是个挑战。 作为一个企业的技术领导，若有忧患意识，就应该认识到问题的严重性。作者想用“生死攸关” 和 “困难重重”来形容问题的严重性，希望引起企业领导警觉。  企业应尽快根据自身技术基础、经济实力，制定一个“产品通信技术发展战略规划”；早觉悟、早动手、早主动。 二、目前中国企业自主开发产品通信功能技术现状 作者近年来一直从事现场总线技术推广工作，对国内产品通信技术现状及企业技术开发能力有如下了解： 1． 现场仪表/设备的“智能化”进程还没有完全结束 “智能化”即指以微处理器为核心、采用数字化技术的现场设备/仪表。“智能化”是现场仪表/设备支持现场总线及工业以太网的技术前提。目前一些企业产品还没有完成“智能化”阶段改造，如何能跟上当前工业通信技术发展，这实在令人为他们的前景担忧。 2． 目前应用普遍、但面临升级的通信技术 以下是目前国内企业产品普遍采用，但不能满足主流标准化通信技术要求，面临技术升级需要的通信技术。 ⑴ RS-232/485 + 企业协议 ① 关于“企业协议”：是指企业按照产品要求自定义的一组应用层协议。 ② 组网：如果是RS-485物理层，“企业协议”支持组网，可组成基于RS-485网络。目前现状是：“企业协议”比较简单，没有严格的网络时序控制。网络维护管理功能很弱，容易造成网络通信中断。再一个原因是国内技术人员对RS-485技术细节、限制与规定研究不够，组网时随意采用各种接插件，中继等。安装技术也不规范。因此国内应用“RS-485+企业协议”网络成功案例不多见。其实，许多目前广泛使用的国际IEC现场总线标准就是从“RS-485+企业协议”长时期逐步发展完善的。只是目前的时代不再给我们这样的机会了。 ③ 标准化及互连性：由于采用“企业协议”，因此是非标准化的。互连性指与第三方产品的互连性。显然是不易于实现互连的。 ④ 技术实现：采用UART和编程即可实现，技术实现容易。 ⑵ MODBUS/232/485协议 ① 关于MODBUS：MODBUS是国际、国内应用极其广泛的一种工业设备层通信协议。几乎遍布各个行业领域。MODBUS-1、-2基于RS-232/485的物理层。MODBUS-3称MODBUS/TCP，是将MODBUS应用层应用于Ethernet(TCP/IP)的工业以太网协议。MODBUS虽然应用广泛，但目前还不是正式的IEC标准。MODBUS在我国已成为国家指导性技术文件GB/Z 19582-2004。预计2007年将通过成为国家推荐性技术标准GB/T。几乎所有国际著名自动化厂家都支持MODBUS协议，其中主要是施耐德和ABB。 ② 组网：按照MODBUS协议标准是可以组网的。 ③ 标准及互连性：目前的现状是不确定。国内许多产品没有严格按照MODBUS协议标准的物理层及应用层要求实现。在实际应用中，号称MODBUS协议的产品在互连方面发生很多问题，造成用户对MODBUS标准通信组网能力的误解。前面提到的关于国内技术人员对RS-485技术应用的问题也反映到MODBUS产品组网应用中。再有就是MODBUS产品的测试认证也没有很好地为MODBUS产品互连提供技术保证。我相信，如果严格从MODBUS标准出发，制定严格的测试导则，经过测试认证的MODBUS产品一定能够实现互连。MODBUS产品互连时发生的问题是产品的技术实现与应用问题，不是MODBUS标准本身的问题。 ④ 技术实现：采用UART和简单编程即可实现，技术实现容易。 ⑶ CAN+企业协议 ① 关于CAN：了解的人很多，在此不予详述。 ② 组网：CAN协议为组网提供了很好的底层协议，关键是“企业协议”必须支持组网要求的技术条件。 ③ 标准化及互连性：“企业协议”不是标准化协议。与第三方产品不易实现互连。 ④ 技术实现：CAN协议有专用通信芯片。也有许多单片机嵌入了CAN协议接口。只要简单编程即可实现。 ⑷ HART协议 ① 关于HART：属于模拟系统向现场总线系统转变中过渡性技术，在过渡时期具有较强的市场竞争能力，应用比较普遍。 ② 组网：按照协议标准是可以组网的。 ③ 标准化及互连性：较好 ④ 技术实现： 物理层部分可采用分立器件或专用电路器件实现。上层协议可编程实现。 3． 少数企业已经掌握的一些主流、标准化通信开发技术 以下是作者了解到的国内企业能够自主开发的主流、标准化通信技术。 ⑴ PROFIBUS 从站 DP/V0、/V1 ① 关于PROFIBUS-DP/V0、/V1：PROFIBUS是目前国内外应用最广泛的现场总线标准。DP/V0从站是PROFIBUS标准IEC61158-3、及GB/T20540-2006中最简单、应用最广的技术。国内PROFIBUS产品开发绝大部分属于这种技术。DP/V0只支持周期性数据通信，用于实时数据通信场合。DP/V1在V0基础上增加非周期性数据通信，用于远程参数化等功能。DP/V1应用场合少于DP/V0。目前国内能够开发DP/V1技术产品的企业不多，多数企业已掌握的开发技术主要集中在DP/V0上面。 ② 目前已有产品种类：电机保护器、电量测量与保护器、网关、远程I/O、PLC等。 ③ 市场：有一定市场销售，但与整个国内市场需求相比，市场占有份额很小。 ④ 技术实现与难度：通常采用PROFIBUS专用芯片。目前至少有3家公司可提供不同的PROFIBUS专用芯片。通常PROFIBUS专用芯片对单片机没有特殊要求（如8位、51系列均可），或者PROFIBUS专用芯片内置单片机。PROFIBUS专用芯片厂家提供Firmware供软件编程、及开发工具，但都不是必须的。有关PROFIBUS专用芯片的编程技术在国内正在逐步普及。 ⑵ DeviceNet ① 关于DeviceNet：DeviceNet 是国际标准IEC 62026-2及中国国家标准GB/T 18858。主要应用在离散控制领域及混合控制领域。目前在我国的低压电器应用行业（如配电）、汽车制造、电力、造纸、冶金、印刷机械、等都有广泛应用。 ② 目前已有产品种类： 远程I/O 、网关等。 ③ 市场：市场销售很少