工業(yè)以太網:工控與IT的對話
——— 專訪北京金遠見電腦技術有限公司行銷二部經理梁文奎先生
2004/7/14 1:46:00
隨著網絡與通信技術的發(fā)展,IT與工控,正在不斷地走向融合。我們既能看到出身于IT的工業(yè)PC在工控領域方興未艾,也能看到工控技術正在傳統IT的應用領域成為市場新寵?!肮芸匾惑w化”則更直接地將這兩個原本不同的技術門類集于一身,成為企業(yè)信息化的重要組成部分。與此相應,IT企業(yè)涉足工控成為業(yè)內新景,如聯想工控、北京金遠見。
曾以“文曲星”叱咤消費類電子市場的金遠見,年初推出了其工業(yè)以太網解決方案——Gport系列設備聯網服務器,成為直接向工控輸入IT技術的企業(yè)代表。因此,中國工控網專訪金遠見負責工控產品的行銷二部經理梁文奎先生,就頗有工控與IT對話的意味;而工業(yè)以太網,既是IT技術在工控領域應用的新典范,更是工業(yè)現場與管理層“對話”的新方案。
中國工控網:我國在十五期間明確了“以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化”的發(fā)展思路,在技術應用上,這種政策導向直接加快了IT技術向工業(yè)領域的滲透,如基于PC的技術、嵌入式技術和網絡與通信技術等。金遠見出身于IT,并在民用消費類電子產品中取得過不俗成績,請問促使金遠見躋身于工控領域的除了政策驅使,是否有其它原因?
梁先生:金遠見躋身于工控領域除了順應“以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化”的潮流外,還和金遠見公司的自身情況有關。確切的講,對于嵌入式技術、網絡與通信技術領域,金遠見并不是剛剛涉足而是早有投入,早在1993年金遠見就推出了中國地區(qū)第一臺終端通信服務器,至今已累計10,000臺以上的出貨量,廣泛應用于國內金融、電信等領域;除民用消費品外,網絡通信相關產品一直是金遠見的另一個產品系列,只是和光芒四射的文曲星相比,較少被媒體報道關注;90年代初期Linux開源操作系統得到蓬勃發(fā)展,1999年,金遠見公司結合開源的 Linux 操作系統 跟 自主開發(fā)設計的 RISC芯片去做產品,形成的產品線主要有兩大產品線,一個是手持移動終端,另一個就是網絡通信產品線;手持終端可運用于物流、倉儲等領域,加上無線局域網連接,形成強而有力的移動數據終端;整個平臺的搭建大概是從五年前開始做的,陸陸續(xù)續(xù)兩年前已成功推出了幾款以此為架構的產品。正是循著這樣的產品發(fā)展思路,今年上半年金遠見推出了將網絡通訊技術和嵌入式技術相結合的產品-Gport系列設備聯網服務器,這款產品不但可以支持傳統的數據透明傳輸的應用方式,更結合了Linux的特性,提供用戶二次開發(fā)的能力,用戶可使用的空間達3M之多,這是傳統產品設計做不到的。
中國工控網:金遠見進入工控選擇的產品是聯網服務器,這說明金遠見看好工業(yè)以太網的發(fā)展趨勢。請問,以太網技術在工業(yè)控制中越來越受到追捧的前提優(yōu)勢是什么?
梁先生:以太網技術之所以在工控領域受到越來越多的關注(先不說追捧),確實有其優(yōu)勢存在。首先最大的優(yōu)勢在于它的開放性,這在網絡規(guī)模擴大,異構網絡互連的需求出現時會顯得尤為重要;再一個優(yōu)勢在于以太網已是一項非常成熟的技術,組網成本低廉;第三個優(yōu)勢是高帶寬,FCS現場總線一般傳輸速率為幾十Kbit∕s至1-2Mbit∕S,以太網的最低帶寬為10Mbit/s,今天100Mbit/s和千兆快速交換機已非常成熟了,萬兆快速交換機也已經問世和運用了。
一項技術的推廣普及,它能否成為行業(yè)的標準,一些制約因素是必須要考慮的,例如:用戶對它的熟悉程度,這在很大程度上會決定用戶是否會選用它;技術本身和相關產業(yè)的成熟度,即用戶是否能以較低廉的成本獲取到,是否“玩得起”;技術規(guī)格的開放程度,開放的技術會有更多的廠商投入,這也會加速市場的成熟;當然還有一條很重要的就是業(yè)內重量級廠商的支持。綜合看以上幾項,以太網和TCP/IP技術無疑是最具“明星”潛質的,這就是我們之所以看好它的原因。
中國工控網:技術上的先進不是其成功應用的充分條件,其中一個重要的考量就是成本,即該技術能否有效地兼容原來的技術,能否充分地利用原有設備的投資。出身于商用的工業(yè)以太網在工控領域的應用如何解決以上問題?
梁先生:談到成本,一般會有兩個方面的考量,即:構建成本和運營成本。前面已經談到,由于以太網技術相關產業(yè)的成熟度很高,構建成本不會有問題。但一項新的技術手段,也包括成熟的技術運用于新的領域,必須考慮和原有技術的兼容。對以太網應用于工控而言,串口設備聯網服務器的出現就是解決兼容性的一種手段,國內在過去十幾年有非常多的人用單芯片象8051這樣的東西去做傳感器、控制器和做各方面的應用。8051是一個八位數的芯片,基于這樣的技術方案做出來的設備非常多,這樣的設備不容易連上以太網,但它一定有串口;我們要如何把這樣的單片機設備整合到以太的環(huán)境中去?這是我們今后的發(fā)展重點,也是基于國內有這么多人對8051這種單芯片機這么熟悉,基于這個芯片產生這么多設備,他們都需要聯網。在智能樓宇中,比如門禁的傳感設備,有太多類似的控制設備都需要被IP化,但是把它一步到位統統IP化是不容易的,這就需要一個過渡。該怎樣去解決?這就需要如 Gport104這樣的設備來做整合。為了進一步解決系統運行軟件的兼容性問題,我們還在Gport串口服務器上提供了適應各種操作系統的實端口模式,使用戶的系統可以平滑過渡。
中國工控網:解決了以太網技術在工業(yè)控制中應用的成本問題,我們再來看看技術本身的問題,工業(yè)控制的要求和工業(yè)現場的環(huán)境與商用辦公的要求和環(huán)境相去甚遠,具體地說,以太網如何加強其實時性、穩(wěn)定性和安全性以滿足工業(yè)控制的要求?
梁先生:在工業(yè)以太網絡的環(huán)境中,現場設備可以與交換機端口采用全雙工通信線路,交換機內部實現了多對端口之間的并行交換,這樣,徹底擺脫了CSMA/CD的限制,提高了信息傳遞的確定性和實時性。交換式以太網具有傳輸帶寬高、網絡容量大、組網方便等優(yōu)點。同時,還支持虛擬網絡,從而降低組網成本并提高了組網的靈活性。另外,以太網電纜由早期的粗同軸電纜發(fā)展到現在的雙絞線和光纜,大大提高了網絡的傳輸速度和抗干擾的能力,同時成本也大大降低了。為解決穩(wěn)定性問題,現在不少的工業(yè)以太網交換機廠家都在研究冗余自愈等相關技術,現在看到的系統冗余倒換時間已可控制在300ms以內,有的甚至更短。相信,隨著以太網交換技術、冗余自愈技術、抗干擾技術的發(fā)展,它會成為一種更適用于工業(yè)環(huán)境的網絡。
中國工控網:現場總線是工業(yè)現場設備聯網的專用而成熟的解決方案,您認為未來的發(fā)展趨勢,是工業(yè)以太網向下延伸取代現場總線,還是現場總線向上集成到工業(yè)以太網?這兩種聯網方案的特點是什么?
梁先生:現場總線是專為工業(yè)現場設備層通信而設計的,是為自動化控制量身定做的技術,而以太網技術的設計初衷是辦公網,用于數據的交換、共享,從本質上講,這是兩種為不同應用領域而設計的不同風格的技術。近年來,由于人們對開放性平臺的追求,也由于現場總線技術遲遲無法統一,使大家開始嘗試將標準化的以太網技術應用在工業(yè)控制的領域。
現在,現場總線技術的最大問題是沒有統一的標準,國際電工委員會(IEC)歷時12年,于2000年1月才正式公布了IEC61158現場總線全部技術標準,由于妥協了各大公司的既得利益,并沒有實現標準的統一,在此標準中容納了8種互不兼容的通信協議。其開放性全分散控制等仍存在許多問題,有許多廠商不提供真正的開放平臺,控制器之間的垂直和水平通信非常困難,所有控制器是“孤島”,獨立于INTERNET之外,無法集成。這種現象在以太網發(fā)展的初期也同樣出現過,大家并不是一開始就統一到TCP/IP標準上,Toking Ring、Netware等網絡技術也曾風行一時,是INTERNET的發(fā)展促使人們認識到要想信息共享,必須要有一個統一的網絡協議標準。
我們認為,在一段時間之內,這兩種技術會共存共容,分別在自己擅長的領域發(fā)揮作用,慢慢地他們會互相融合,也許最終會形成一種統一的新網絡標準,滿足人們一網到底的愿望。
中國工控網:工業(yè)以太網進入工業(yè)現場已經是不爭的發(fā)展趨勢,您看到的工業(yè)以太網應用現狀、應用障礙和趨勢如何?
梁先生:如前文所述,隨著以太網技術本身的進步,交換式以太網已徹底擺脫了CSMA/CD的限制,提高了信息傳遞的確定性和實時性,加上控制系統設計上的技巧,使以太網作為現場總線的具體應用已經在工業(yè)自動控制領域被逐步接受。
在工控中被強調最多的是實時性,其實,不同的應用對時間反應的要求也是不一樣的,也就是說,這個“實時”是很有彈性的。比如,門禁系統對時間的反應在幾百毫秒的級別是可以被接受的,空調系統對時間的要求會更低,而有些系統則必須要求幾十毫秒甚至幾毫秒的時間響應。在這方面,以太網技術既有優(yōu)勢也有劣勢,優(yōu)勢在于它的傳輸帶寬,現在百兆、千兆網已是很成熟的技術,而劣勢在于標準TCP/IP協議的分層架構,每層都有自己的協議開銷。所以,以太網技術在一些對時間反應不是非常敏感的場合已開始部署應用,而其本身也還有可以不斷完善改進之處,這種技術在工控領域正逐步被人們接受和認可。
由于工業(yè)以太網技術進入工控的時間不長,雖然在許多聯網應用尤其是實時性要求不高的場合,工業(yè)以太網已經實現了許多成功案例,但與我們預測到的巨大應用潛力顯示出來的市場相比,還微不足道。一方面,傳統應用中有太多設備需要聯網,這就需要象Gport104這樣的產品和方案去將更多的設備使其IP化;另一方面,工業(yè)以太網技術本身還在不斷改進和提高中,這將不斷拓寬其應用范圍。
中國工控網:相對于串口服務器的老牌供應商如MOXA等,習慣了民用市場的金遠見在工控領域顯得不夠專業(yè),作為后來者,金遠見在技術、產品和市場方面有那些優(yōu)點和不足?針對不足,金遠見如何應對?
梁先生:作為一家有很強的軟、硬件<
曾以“文曲星”叱咤消費類電子市場的金遠見,年初推出了其工業(yè)以太網解決方案——Gport系列設備聯網服務器,成為直接向工控輸入IT技術的企業(yè)代表。因此,中國工控網專訪金遠見負責工控產品的行銷二部經理梁文奎先生,就頗有工控與IT對話的意味;而工業(yè)以太網,既是IT技術在工控領域應用的新典范,更是工業(yè)現場與管理層“對話”的新方案。
中國工控網:我國在十五期間明確了“以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化”的發(fā)展思路,在技術應用上,這種政策導向直接加快了IT技術向工業(yè)領域的滲透,如基于PC的技術、嵌入式技術和網絡與通信技術等。金遠見出身于IT,并在民用消費類電子產品中取得過不俗成績,請問促使金遠見躋身于工控領域的除了政策驅使,是否有其它原因?
梁先生:金遠見躋身于工控領域除了順應“以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化”的潮流外,還和金遠見公司的自身情況有關。確切的講,對于嵌入式技術、網絡與通信技術領域,金遠見并不是剛剛涉足而是早有投入,早在1993年金遠見就推出了中國地區(qū)第一臺終端通信服務器,至今已累計10,000臺以上的出貨量,廣泛應用于國內金融、電信等領域;除民用消費品外,網絡通信相關產品一直是金遠見的另一個產品系列,只是和光芒四射的文曲星相比,較少被媒體報道關注;90年代初期Linux開源操作系統得到蓬勃發(fā)展,1999年,金遠見公司結合開源的 Linux 操作系統 跟 自主開發(fā)設計的 RISC芯片去做產品,形成的產品線主要有兩大產品線,一個是手持移動終端,另一個就是網絡通信產品線;手持終端可運用于物流、倉儲等領域,加上無線局域網連接,形成強而有力的移動數據終端;整個平臺的搭建大概是從五年前開始做的,陸陸續(xù)續(xù)兩年前已成功推出了幾款以此為架構的產品。正是循著這樣的產品發(fā)展思路,今年上半年金遠見推出了將網絡通訊技術和嵌入式技術相結合的產品-Gport系列設備聯網服務器,這款產品不但可以支持傳統的數據透明傳輸的應用方式,更結合了Linux的特性,提供用戶二次開發(fā)的能力,用戶可使用的空間達3M之多,這是傳統產品設計做不到的。
中國工控網:金遠見進入工控選擇的產品是聯網服務器,這說明金遠見看好工業(yè)以太網的發(fā)展趨勢。請問,以太網技術在工業(yè)控制中越來越受到追捧的前提優(yōu)勢是什么?
梁先生:以太網技術之所以在工控領域受到越來越多的關注(先不說追捧),確實有其優(yōu)勢存在。首先最大的優(yōu)勢在于它的開放性,這在網絡規(guī)模擴大,異構網絡互連的需求出現時會顯得尤為重要;再一個優(yōu)勢在于以太網已是一項非常成熟的技術,組網成本低廉;第三個優(yōu)勢是高帶寬,FCS現場總線一般傳輸速率為幾十Kbit∕s至1-2Mbit∕S,以太網的最低帶寬為10Mbit/s,今天100Mbit/s和千兆快速交換機已非常成熟了,萬兆快速交換機也已經問世和運用了。
一項技術的推廣普及,它能否成為行業(yè)的標準,一些制約因素是必須要考慮的,例如:用戶對它的熟悉程度,這在很大程度上會決定用戶是否會選用它;技術本身和相關產業(yè)的成熟度,即用戶是否能以較低廉的成本獲取到,是否“玩得起”;技術規(guī)格的開放程度,開放的技術會有更多的廠商投入,這也會加速市場的成熟;當然還有一條很重要的就是業(yè)內重量級廠商的支持。綜合看以上幾項,以太網和TCP/IP技術無疑是最具“明星”潛質的,這就是我們之所以看好它的原因。
中國工控網:技術上的先進不是其成功應用的充分條件,其中一個重要的考量就是成本,即該技術能否有效地兼容原來的技術,能否充分地利用原有設備的投資。出身于商用的工業(yè)以太網在工控領域的應用如何解決以上問題?
梁先生:談到成本,一般會有兩個方面的考量,即:構建成本和運營成本。前面已經談到,由于以太網技術相關產業(yè)的成熟度很高,構建成本不會有問題。但一項新的技術手段,也包括成熟的技術運用于新的領域,必須考慮和原有技術的兼容。對以太網應用于工控而言,串口設備聯網服務器的出現就是解決兼容性的一種手段,國內在過去十幾年有非常多的人用單芯片象8051這樣的東西去做傳感器、控制器和做各方面的應用。8051是一個八位數的芯片,基于這樣的技術方案做出來的設備非常多,這樣的設備不容易連上以太網,但它一定有串口;我們要如何把這樣的單片機設備整合到以太的環(huán)境中去?這是我們今后的發(fā)展重點,也是基于國內有這么多人對8051這種單芯片機這么熟悉,基于這個芯片產生這么多設備,他們都需要聯網。在智能樓宇中,比如門禁的傳感設備,有太多類似的控制設備都需要被IP化,但是把它一步到位統統IP化是不容易的,這就需要一個過渡。該怎樣去解決?這就需要如 Gport104這樣的設備來做整合。為了進一步解決系統運行軟件的兼容性問題,我們還在Gport串口服務器上提供了適應各種操作系統的實端口模式,使用戶的系統可以平滑過渡。
中國工控網:解決了以太網技術在工業(yè)控制中應用的成本問題,我們再來看看技術本身的問題,工業(yè)控制的要求和工業(yè)現場的環(huán)境與商用辦公的要求和環(huán)境相去甚遠,具體地說,以太網如何加強其實時性、穩(wěn)定性和安全性以滿足工業(yè)控制的要求?
梁先生:在工業(yè)以太網絡的環(huán)境中,現場設備可以與交換機端口采用全雙工通信線路,交換機內部實現了多對端口之間的并行交換,這樣,徹底擺脫了CSMA/CD的限制,提高了信息傳遞的確定性和實時性。交換式以太網具有傳輸帶寬高、網絡容量大、組網方便等優(yōu)點。同時,還支持虛擬網絡,從而降低組網成本并提高了組網的靈活性。另外,以太網電纜由早期的粗同軸電纜發(fā)展到現在的雙絞線和光纜,大大提高了網絡的傳輸速度和抗干擾的能力,同時成本也大大降低了。為解決穩(wěn)定性問題,現在不少的工業(yè)以太網交換機廠家都在研究冗余自愈等相關技術,現在看到的系統冗余倒換時間已可控制在300ms以內,有的甚至更短。相信,隨著以太網交換技術、冗余自愈技術、抗干擾技術的發(fā)展,它會成為一種更適用于工業(yè)環(huán)境的網絡。
中國工控網:現場總線是工業(yè)現場設備聯網的專用而成熟的解決方案,您認為未來的發(fā)展趨勢,是工業(yè)以太網向下延伸取代現場總線,還是現場總線向上集成到工業(yè)以太網?這兩種聯網方案的特點是什么?
梁先生:現場總線是專為工業(yè)現場設備層通信而設計的,是為自動化控制量身定做的技術,而以太網技術的設計初衷是辦公網,用于數據的交換、共享,從本質上講,這是兩種為不同應用領域而設計的不同風格的技術。近年來,由于人們對開放性平臺的追求,也由于現場總線技術遲遲無法統一,使大家開始嘗試將標準化的以太網技術應用在工業(yè)控制的領域。
現在,現場總線技術的最大問題是沒有統一的標準,國際電工委員會(IEC)歷時12年,于2000年1月才正式公布了IEC61158現場總線全部技術標準,由于妥協了各大公司的既得利益,并沒有實現標準的統一,在此標準中容納了8種互不兼容的通信協議。其開放性全分散控制等仍存在許多問題,有許多廠商不提供真正的開放平臺,控制器之間的垂直和水平通信非常困難,所有控制器是“孤島”,獨立于INTERNET之外,無法集成。這種現象在以太網發(fā)展的初期也同樣出現過,大家并不是一開始就統一到TCP/IP標準上,Toking Ring、Netware等網絡技術也曾風行一時,是INTERNET的發(fā)展促使人們認識到要想信息共享,必須要有一個統一的網絡協議標準。
我們認為,在一段時間之內,這兩種技術會共存共容,分別在自己擅長的領域發(fā)揮作用,慢慢地他們會互相融合,也許最終會形成一種統一的新網絡標準,滿足人們一網到底的愿望。
中國工控網:工業(yè)以太網進入工業(yè)現場已經是不爭的發(fā)展趨勢,您看到的工業(yè)以太網應用現狀、應用障礙和趨勢如何?
梁先生:如前文所述,隨著以太網技術本身的進步,交換式以太網已徹底擺脫了CSMA/CD的限制,提高了信息傳遞的確定性和實時性,加上控制系統設計上的技巧,使以太網作為現場總線的具體應用已經在工業(yè)自動控制領域被逐步接受。
在工控中被強調最多的是實時性,其實,不同的應用對時間反應的要求也是不一樣的,也就是說,這個“實時”是很有彈性的。比如,門禁系統對時間的反應在幾百毫秒的級別是可以被接受的,空調系統對時間的要求會更低,而有些系統則必須要求幾十毫秒甚至幾毫秒的時間響應。在這方面,以太網技術既有優(yōu)勢也有劣勢,優(yōu)勢在于它的傳輸帶寬,現在百兆、千兆網已是很成熟的技術,而劣勢在于標準TCP/IP協議的分層架構,每層都有自己的協議開銷。所以,以太網技術在一些對時間反應不是非常敏感的場合已開始部署應用,而其本身也還有可以不斷完善改進之處,這種技術在工控領域正逐步被人們接受和認可。
由于工業(yè)以太網技術進入工控的時間不長,雖然在許多聯網應用尤其是實時性要求不高的場合,工業(yè)以太網已經實現了許多成功案例,但與我們預測到的巨大應用潛力顯示出來的市場相比,還微不足道。一方面,傳統應用中有太多設備需要聯網,這就需要象Gport104這樣的產品和方案去將更多的設備使其IP化;另一方面,工業(yè)以太網技術本身還在不斷改進和提高中,這將不斷拓寬其應用范圍。
中國工控網:相對于串口服務器的老牌供應商如MOXA等,習慣了民用市場的金遠見在工控領域顯得不夠專業(yè),作為后來者,金遠見在技術、產品和市場方面有那些優(yōu)點和不足?針對不足,金遠見如何應對?
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