 1、EPA簡介 EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，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(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，EPA將大量成熟的IT技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，利用高效、穩(wěn)定、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，為適用于現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)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。 目前，由浙江大學(xué)、浙大中控`共同主持，聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、重慶郵電學(xué)院、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所等共同起草制定的《用于工業(yè)測(cè)量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范》已經(jīng)通過了TC124/SC4的技術(shù)審查，成為我國第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)成功進(jìn)入IEC標(biāo)準(zhǔn)體系，被IEC作為PAS標(biāo)準(zhǔn)形式公開發(fā)布，也被正在制定的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-2收錄，作為第14族實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議。這是迄今為止，中國工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域第一個(gè)被國際認(rèn)可和接受的標(biāo)準(zhǔn)。 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(cè)）介質(zhì)訪問控制機(jī)制，因此具有通信“不確定性”的特點(diǎn)，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)、全雙工通信技術(shù)以及IEEE802.1p&q規(guī)定的優(yōu)先級(jí)技術(shù)在一定程度上避免了碰撞，但也存在著一定的局限性：  （1）以太網(wǎng)交換機(jī)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制同樣使通信延遲具有不確定性。通信延遲的不確定性主要來自于其排隊(duì)延遲。無論采用哪種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)同時(shí)來自于多個(gè)端口的報(bào)文需要向同一個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，交換機(jī)就必須將這些報(bào)文進(jìn)行排隊(duì)緩沖，并依次轉(zhuǎn)發(fā)。因此，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(bào)文能否以及何時(shí)被成功轉(zhuǎn)發(fā)。（2）以太網(wǎng)交換機(jī)存在的“廣播風(fēng)爆”問題。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(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文，同樣會(huì)產(chǎn)生碰撞。除了通信實(shí)時(shí)性要求外，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的通信還具有以下特點(diǎn)： （1）周期與非周期信息同時(shí)存在，正常工作狀態(tài)下，周期性信息（如過程測(cè)量與控制信息、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息（如突發(fā)事件報(bào)警、程序上下載等）較少；（2）有限的時(shí)間響應(yīng)，一般辦公室自動(dòng)化計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間可在幾秒范圍內(nèi)，而工業(yè)控制局域網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在0.01-1秒；（3）信息流向具有明顯的方向性，通信關(guān)系比較確定。正常工作情況下，變送器只需將測(cè)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)，來自現(xiàn)場儀表的過程監(jiān)控與突發(fā)時(shí)間信息則傳向操作站，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；（4）根據(jù)組態(tài)方案，信息的傳送遵循嚴(yán)格的時(shí)序；（5）傳輸?shù)男畔⒘可伲畔㈤L度比較小，通常僅為幾位或幾個(gè)、十幾、幾十個(gè)字節(jié)；網(wǎng)絡(luò)吞吐量??；（6）網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較為平穩(wěn)。EPA系統(tǒng)中，根據(jù)通信關(guān)系，將控制現(xiàn)場劃分為若干個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)區(qū)域通過一個(gè)EPA網(wǎng)橋互相分隔，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)；在一個(gè)控制區(qū)域內(nèi)，每個(gè)EPA設(shè)備按事先組態(tài)的分時(shí)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，保證了EPA設(shè)備間通信的確定性和實(shí)時(shí)性。 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)，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)、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、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)、遠(yuǎn)程I/O、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設(shè)備間的通信。采用EPA網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)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(tái)基于以太網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一，即所謂的“E（Ethernet）網(wǎng)到底”。 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(gè)方向的信息無縫集成： 通過EPA網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信服務(wù)，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。 采用EPA網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)智能工廠中從管理層、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，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(gè)設(shè)備。 利用EPA開放網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS、PLC）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)，通過信息集成創(chuàng)新技術(shù)、數(shù)據(jù)綜合利用技術(shù)、數(shù)據(jù)增值挖掘技術(shù)等，對(duì)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)全過程實(shí)現(xiàn)高效智能化管理。 4、互可操作 與傳統(tǒng)的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)不同，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)不僅要解決信號(hào)的互通和互連，更需要解決信息的互通問題，即信息的互相識(shí)別、互相理解和互可操作。 所謂信號(hào)的互通，即兩個(gè)需要互相通信的設(shè)備所采用的通信介質(zhì)、信號(hào)類型、信號(hào)大小、信號(hào)的輸入/輸出匹配等幾方面的參數(shù)符合同一標(biāo)準(zhǔn)，即物理層標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，不同的設(shè)備就能連接在同一網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)互連。 如今，幾乎所有的控制系統(tǒng)都采用了以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議作為其通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的互連。但是，如果僅采用以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議，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、識(shí)別彼此所傳送的信息含義，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。 為此，《EPA標(biāo)準(zhǔn)》除了解決實(shí)時(shí)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，包括系統(tǒng)管理服務(wù)、域上/下載服務(wù)、變量訪問服務(wù)、事件管理服務(wù)等。至于ISO/OSI通信模型中的會(huì)話層、表示層等中間層次，為降低設(shè)備的通信處理負(fù)荷，可以省略，而在應(yīng)用層直接定義與TCP/IP協(xié)議的接口。 為支持來自不同廠商的EPA設(shè)備之間的互可操作，《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、功能塊及其參數(shù)接口的描述方法。用戶可采用Microsoft 提供的通用DOM技術(shù)對(duì)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。 5 、開放性 《EPA標(biāo)準(zhǔn)》完全兼容IEEE802.3、IEEE802.1P&Q、IEEE802.1D、IEEE802.11、IEEE802.15以及UDP（TCP）/IP等協(xié)議，采用UDP協(xié)議傳輸EPA協(xié)議報(bào)文，以減少協(xié)議處理時(shí)間，提高報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。 為確保EPA系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，《EPA標(biāo)準(zhǔn)》中還針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，增加了媒體接口選擇規(guī)范與線纜安裝導(dǎo)則。 商用通信線纜（如五類雙絞線、同軸線纜、光纖等）均可應(yīng)用于EPA系統(tǒng)中，但必須滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的可靠性要求，如使用屏蔽雙絞線代替非屏蔽雙絞線。 EPA網(wǎng)絡(luò)支持其他以太網(wǎng)/無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙上的其他協(xié)議（如FTP、HTTP、SOAP，以及MODBUS、ProfiNet、Ethernet/IP協(xié)議）報(bào)文的并行傳輸。這樣，IT領(lǐng)域的一切適用技術(shù)、資源和優(yōu)勢(shì)均可以在EPA系統(tǒng)中得以繼承。 6 、分層的安全策略 對(duì)于采用以太網(wǎng)等技術(shù)所帶來的網(wǎng)絡(luò)安全問題，《EPA標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了從企業(yè)信息管理層、過程監(jiān)控層和現(xiàn)場設(shè)備層三個(gè)層次，采用分層化的網(wǎng)絡(luò)安全管理措施。 EPA現(xiàn)場設(shè)備采用特定的網(wǎng)絡(luò)安全管理功能塊，對(duì)其接收到的任何報(bào)文進(jìn)行訪問權(quán)限、訪問密碼等的檢測(cè)，使只有合法的報(bào)文才能得到處理，其他非法報(bào)文將直接予以丟棄，避免了非法報(bào)文的干擾。 在過程監(jiān)控層，采用EPA網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同微網(wǎng)段進(jìn)行邏輯隔離，以防止非法報(bào)文流量干擾EPA網(wǎng)絡(luò)的正常通信，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。 對(duì)于來自于互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)程訪問，則采用EPA代理服務(wù)器以及各種可用的信息網(wǎng)絡(luò)安全管理措施，以防止遠(yuǎn)程非法訪問。 7 、冗余 EPA支持網(wǎng)絡(luò)冗余、鏈路冗余和設(shè)備冗余，并規(guī)定了相應(yīng)的故障檢測(cè)和故障恢復(fù)措施，如設(shè)備冗余信息的發(fā)布、冗余狀態(tài)的管理、備份的自動(dòng)切換等。 8、EPA產(chǎn)品 浙大中控自上個(gè)世紀(jì)九十年代開始，就一直致力于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的研究。以浙大中控為主聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所、重慶郵電學(xué)院、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)開發(fā)了一系列基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，如現(xiàn)場設(shè)備通信模塊、現(xiàn)場控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集器、無紙記錄儀、執(zhí)行器、總線供電方式以太網(wǎng)集線器等。 這些產(chǎn)品滿足了適用于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的電磁兼容性、氣候環(huán)境適應(yīng)性、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境安全適應(yīng)性等要求，已經(jīng)在化工、石化、電力、制藥等多個(gè)領(lǐng)域的典型裝置上獲得了成功應(yīng)用。  9、EPA應(yīng)用 “EPA的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”在某化工廠三套純堿碳化生產(chǎn)裝置上進(jìn)行示范應(yīng)用對(duì)《EPA標(biāo)準(zhǔn)》  進(jìn)行驗(yàn)證。“EPA的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”于2003年4月20日經(jīng)過調(diào)試正式投運(yùn)，至今系統(tǒng)一直穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，并得到用戶的好評(píng)。 根據(jù)三套聯(lián)堿碳化裝置原有測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況，本系統(tǒng)將三套聯(lián)堿碳化裝置的I/O點(diǎn)劃分為三個(gè)控制區(qū)域，如圖中所示（圖中信號(hào)組①、②、③、④的信號(hào)連接情況如表1所示）： 每個(gè)控制區(qū)域設(shè)置一個(gè)EPA現(xiàn)場控制器、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)供電型EPA-HUB以及若干個(gè)EPA輸入/輸出通信模塊；每個(gè)控制區(qū)域通過EPA現(xiàn)場控制器連接到系統(tǒng)主干網(wǎng)上；操作站、工程師站通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接到主干網(wǎng)上。應(yīng)用系統(tǒng)特點(diǎn)（援引用戶的評(píng)價(jià)）： 確保了通信的實(shí)時(shí)性增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性提高了系統(tǒng)可靠性
10 、EPA推廣 |
（轉(zhuǎn)載）
