建筑物自動化技術管理論文

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摘要：中國行業標準JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》第26章《建筑物自動化系統（BAS）》所規定的模擬和數字混合的集散型系統（TDS），已面臨更新為全數字系統的挑戰。就像工業自動化一樣，建筑物自動化市場在技術接受期曲線上，通常落后于商業領域技術應用會有幾年之久……

關鍵詞：建筑物自動化總線技術

中國行業標準JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》第26章《建筑物自動化系統（BAS）》所規定的模擬和數字混合的集散型系統（TDS），已面臨更新為全數字系統的挑戰。就像工業自動化一樣，建筑物自動化市場在技術接受期曲線上，通常落后于商業領域技術應用會有幾年之久，因此，在商業領域已經成功運用多年的個人計算機和以太網通信，現在卻成為BAS更新途徑的熱門話題。PC-BasedControl和以太網技術，已經開始全面進入BAS領域。2000年3月，Honewell公司推出的全數字化閉路電視監視系統DVM，就用PC-BasedVideoServer，類似于商業領域應用的個人計算機式視頻服務器，取代了傳統的模擬和數字混合的CCTV閉路電視矩陣切換器和磁帶錄象設備；DVM系統中，經過信號轉換接口把所有攝像機的視頻信號直接連入以太網通信，每20臺攝像機使用1臺VideoServer。這種第三代保安監控電視的全數字化CCTV以太網系統，已經在澳大利亞悉尼機場使用。

PC機技術日新月異的進步，使BAS的中央站功能不斷增強；PC機的商業軟件，如ODBC、API等等，已成為BAS的標準軟件；基于PC機技術的分站不斷發展。信息領域的以太網技術對工業自動化和建筑物自動化各個層面的影響，從上到下。BAS管理層的以太網正在下植到自動化層和更低的現場層。BAS三層結構將會成為以太網"一網到底"的三層網絡。完成這項"通體透明網絡"革新的主要技術，就是以太網現場總線。以太網現場總線，也可稱為以太網I/O（Input/Output），是控制技術和信息技術的完美結合，性能發揮到極致，它或許能夠解決工業自動化長期爭論不休的現場總線標準化問題，是商業技術影響工控技術的一個范例。

以總線為脈絡，分析計算機總線、測控總線和網絡總線在BAS技術發展中分別擔綱的角色，可以加深對BAS未來發展的了解。

1、總線BUS

總線一詞，源于計算機技術。總線是各種信號線的集合（包括地址、數據、控制、電源等），是各種信息傳輸的通路，有匯總的涵義。微軟百科詞典定義總線為：計算機系統中各部件之間用于數據傳輸的一組硬件連線（導線）。IBM公司將其簡稱為用于傳輸信號或功率的一根或多根導體。在建筑物自動化中，BAS總線可解釋為用來連接中央站分站、現場設備或者各種系統的那些具有導電性的通路，以完成數據或信號的傳輸。

以應用范圍來分，BAS總線可劃分為計算機總線、測控總線和網絡總線、。計算機總線用于上位管理計算機和中央站內部部件的連接。測控總線用于中央站與分站的連接，分站與現場設備的連接，現場設備之間的連接。網絡總線則是將上位管理計算機和中央站、瀏覽器等視為節點而共同連接在一起的一條多分支線路，將數據置于網絡總線中，數據將會經所有的節點檢測后，由其指定地址的節點接收。BAS管理層的以太網就是網絡總線。當以太網下植到自動化層和現場層以后，以太網又扮演著測控總線的角色，在這種背景下，我們借用"網絡就是計算機"的概念，不免也可以說"網絡就是控制器"，因為所有傳感器、執行器、分站、中央站已經遍布以太網中，以太網被賦予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力，人們可以隨心所欲使用以太網，無論是進行實時控制還是傳遞管理信息。

2、標準化Standardization

作為信息傳輸通路的總線，追求標準化，是各種總線的共同目標；只有標準總線，才能夠支持更多的性能不同的產品的連接，完成更多更好的系統的集成，實現更完善的控制和管理，因此，總經以其有匯集性能的特點，尤其需要標準化。標準總線的形成，主要有兩種方法，一種是由非商業的或政府組織所產生的標準，目的在于使某一種類型總線開發和使用規范化，例如RS232C；這種正規的合法的技術標準，是在對已有方法、途徑及技術開發進行仔細研究的基礎上起草，并經正式批準后產生，這種標準通常包括著一些國際標準。另外一種方法，是有某一家公司先行開發出一種總線技術，由于成功，得到其它公司模仿和廣泛使用，以至一偏離該總線就會產生不兼容問題，導致產品在市場中受到限制，例如現場總線LonTalkBus；這類事實上的總線技術標準，是基于市場需求產生而形成的，無需正式批準，這種標準通常包括大量流行的工業標準。

3、計算機總線ComputerBus

中國行業標準JGJ/T16-92第26章BAS，對中央站硬件、組態、系統軟件的規定（26.4.26.5）非常簡單，僅是基于采用計算機作為監控中心的一般原則，如應設置CPU、CIU、CRT、打印機等規定，對上位管理計算機則僅限于優化控制與管理某些功能要求。但是，近年來計算機技術發展很快，系統軟件、應用軟件、存儲系統、處理器技術、輸入輸出系統和計算機結構，都是如此，其中，計算機總線技術與工業自動化、建筑物自動化關系密切，計算機總線是計算機系統信息總通道，性能優劣，對BAS上位管理計算機和工作站的影響是至關重要的。因為采用先進的計算機總線，可以提高工作站的帶寬，改變工作站的兼容性和開放性，并能提高工作站的可靠性，這對控制系統無疑是最重要的性能。例如，使用PCI總線技術的PC機，每年停機時間可以小于315秒中，可靠性高達99.99%，因此，BAS用戶已經開始關心工作站的計算機總線，2000年9月山西省太原市某國際貿易中心大廈BAS招標文件中，明確提出中央站應該使用計算機33MHz三總線結構PCI（外部設備互聯總線），說明用戶不僅關心各種功能模塊設置，還要求提供工控級別的總線來保證工作站性能。隨著基于PC機控制的技術進展，計算機總線對BAS的影響會更加重要。因為BAS將逐漸最終成為由一臺PC機控制幾條現場總線的系統。

3．1計算機總線的發展歷史

1970年，DEC公司首先推出了稱為Unibus的總線，把PDP11小型計算機上所有的部件、設備都連接在一起。它是一種單總線結構。

1981年，IBM公司在第1臺個人計算機IBMPC/XT上推出了XT總線，也是單總線，1984年，采用16位CPU的IBMPC/AT出臺，AT總線在XT總線結構上，增加了一組輸入/輸出總線，形成雙總線結構。AT總線就是著名的工業標準總線ISA，全稱是IndustrialArchitecture工業標準結構，它是通過將板卡出入IBMPC及其兼容機的標準擴展槽來添加計算機部件的總線設計規范。1989年康柏、惠普等9家公司在ISA基礎上，推出EISA，擴展工業標準結構，這是一種把附加卡（例如視頻卡、內置卡MODEM卡及支持其它外圍設備的卡）聯接到PC機主板的一種總線標準。EISA總線操作頻率比ISA高很多，能提供很多的數據吞吐率。

為了提高PC機性能，使某些擴展板可以直接與微處理器通信，而不必經過通常使用的系統總線，Intel公司提供了PCI總線規范。這種局部總線允許在計算機上安裝多至10個PCI兼容的擴展卡，PCI局部總線系統需要在某個PCI兼容插槽中安裝一塊PCI控制卡，每次可以以32位或64位的速度與CPU進行數據交換。PCI規范還考慮了多路復用Multiplexing。因此，PCI總線已成為今天計算機事實上的局部總線標準。由于PCI獨立于處理器，不僅Intel系列可用，DEC的Alpha、Motorola的PowerPC等系列也可以用，它的向前向后兼容性，能使現有的多種計算機都能平滑過度到新標準，所以尤其受工業控制機行業的歡迎，建立了PCI工業計算機協會PCIIndustrialComputerManufacturersGroup（PCIMG），致力于在工控機行業推廣PCI總線。1995年，出版了CompactPCI規范。

PCI總線在計算機中配置了3組總線，時鐘33MHz，與CPU時鐘頻率無關，寬度32位，可擴展至64位，帶寬達132Mbps至246Mbps，可以和ISA、EISA、VL-BUS等總線兼容，支持5V和3.3V兩種電壓，可以在芯片、軟件和開發工具方面廣泛利用PC機豐富資源，它具有良好的網絡性能、圖形視窗介面和數據存貯性能，是工業自動化和建筑物自動化中央站理想的計算機總線。

3．2標準計算機總線

國際標準

IEEE969（S-100）微機通用

IEEE488（HP-IB）測試儀器

IEEE1394（FireWire）測試儀器

EIARS232C設備總線

EIARS422/423/449/485設備總線

ANSISCSI小型計算機，設備總線

VESAVL-BUS局部總線

工業標準（流行微機總線）

ISA系統總線

EISA系統總線

PCI局部總線

3．3新一代計算機總線（正在開發中）

1998.9PCI-XCompaqIBMHP

1998.12NGIO（NextGenerationI/O）IntelDellSunNEC日立NEC西門子

1999.2FutuieI/OCompaqIBMHP

4、網絡總線NetworkBus

中國標準JGJ/T16-92第26章BAS，規定"優先采用共享總線型"局域網結構作為BAS管理層、自動化層、現場層的網絡拓撲，即用一條總線，把上位管理計算機、中央站、分站、現場設備各自連接在一起，形成三層局域網。因為所有節點共享一條傳輸通路，一次只能允許一個節點發送信息，所以需要建立信息發送的控制方式，JGJ/T96-在26.6.6條文說明中，沒有明確規定是用IEEE802.3以太網的CSMA/CD波及監聽多路訪問/沖突檢測爭搶發送，還是用IEEE802.4令牌總線排隊訪問控制，只有指出這兩種方法都是"目前流行的"，但是"并無一致的看法"。在26.6《信號傳輸與數據通信》中，則把現場層至自動化層之間的信息傳遞成為"信號傳輸"，把自動化層和管理層之間的信息傳遞，稱為"數據通信"，以示區別，前者為現場設備與計算機通信，包括模擬信號，后者為計算機之間通信，全部為數字信號。

20多年來，發展極為成功的以太網技術，已經得到公認。人類進入英特網時代，以太網也迅速進入工業自動化的各層網絡。電氣電子工程師協會IEEE基于802.3以太網國際標準，正在積極制定現場與以太網通信的新標準，使以太網能夠直接為現場層所使用，可以預見，正象個人計算機PC迅速進入工業自動化領域一樣，以太網以及TCP/IP、UDP/IP協議將十分迅速進入工業自動化各個領域，包括BAS。

網絡總線是網絡通信總線的簡稱，在BAS中，網絡總線是上位管理計算機、中央站、分站、現場設備之間的連接總線，從計算機系統結構的角度上看，它是計算機的外部總線，計算機總線則可視為內部總線。網絡總線屬于網絡技術，計算機總線屬于計算機技術，網絡是多個計算機的集合系統，數據通信和資源共享是其特點。今天，已經進?quot;網絡就是計算機"的時代，通信和計算機技術緊密結合、同步發展，計算機總線和網絡總線是計算機一種技術的兩個方面。新一代的計算機已經把網絡接口集成到計算機母板上，網絡功能已經嵌入到操作系統中，使得網絡總線可以視為計算機總線的外部延伸，密不可分。不進入網絡的工作站，是不完整的工作站。在建筑物領域，BAS是建筑物整體計算機網絡的重要子網，形成建筑物管理和建筑物設備控制一體化是從網絡開始的。計算機總站維系著BAS的通信子網，資源子網和通信子網的組合，就是建筑物自動化網絡，就是建筑物自動化系統。

4．1以太網的發展歷史

1968-1972Aloha無線電系統夏威夷大學開創爭用型通信

1972-1977首臺以太網2.94MMetcalf和Boggs先生建立CAMA/CD

1979-1983粗同軸以太網10MCom（DEC、Intel、Xerox）10BASE5

1980-1982細同軸以太網商品化10M3ComISA總線與10BASE2相連

1984-1987雙絞線以太網1MUTPHP、AT&T1BASE5

1986-1990綜合布線+雙線絞線以太網10MSynOptics、HP10BASET

1990-1994交換式和全雙工以太網10MKalpanaEtherSwitch

1992-1995快速以太網100MUTPGrandJunction100BASET

1996-?千兆位以太網1000MIEEE802.3z1000BASEF

4．2以太網與局域網國際標準IEEE802.3

以太網是商業市場上發展的，而802.3標準是獨立的標準組織《電氣與電子工程師學會》開發的802.3是基于以太網第1個版本制定，但在一定程度上改進了設計，1983年公布以后，以太網以此又作了修改，原來互不兼容的局域網，變為互相兼容（但不完全兼容）。二者主要區別是結構不同，例如，最大數據單元，802.3是1460字節，以太網是1500字節。但是，通常可以把802.3視同以太網。

以太網速率有10M和100M兩種，最大1518字節，最大段長度500米（粗同軸）、185米（細同軸）、100米（UTP），中斷段綜合長度2500米（粗同軸）、925米（細同軸）、2500米（UTP）。

在BAS中用以太網作為網絡總線時，現在BAS供應商所提供的以太網接口卡NIC（安裝在中央站中），應該是10M/100M自適應型，以滿足用戶部署100M快速以太網的要求，例如Intel公司的PRO/100+管理適配器，適用于有PCI總線的臺式機，能自動監聽集線器速度，從而自動選擇10M或100M，能支持最新的連接管理規范wfw2.0，支持所有的主要操作系統和網絡操作系統，WinNT、95、98、2000，Nerware、UNIX，支持10BAS-TX，5類UTP，RJ-45連接器，數據路徑寬度32位，可在0-55℃環境中工作。

4．3以太網介質訪問控制（MAC）CSMA/CD

載波監聽多址訪問/沖突檢測是以太網搶先式信息發送的主要技術，它包括有先聽再講、無聲則講、有空就講、邊講邊聽、一人獨講、退避三舍等信息發送規則，保證所有站點都能以公平方式通過競爭來訪問大家共享的以太網，雖然難免有"后到先服務"的現象，但是，由于CSMA/CD有一套完整的處理沖突的方法，大體上實現了對網絡總線的公平訪問。它是退避三舍的自調整功能，保證所有信息的發送都是成功的，例如常用的一種沖突退避延遲算法，稱為"截斷的二進制指數回退（EBE）"，它使發送信息的站點，每沖突一次，自動延遲一個以2的冪函數計算的退避時間，用這種不斷擴大回退時間來適應網絡流量的變化，這是一種很巧妙的方法。它規定了退避也是有限度的，即最大退避時間以210倍為限，忍讓次數也是有限的，以216次為限，否則就會丟掉這個屢發屢敗以太岡幀，這種情況是絕少發生的，除非以太網已經癱瘓。

以太網每幀發送之間有一個固定的間隙64字節、512位，稱為時間片，用來識別由于沖突而失敗的發送信息幀碎片（最小幀規定為64字節，包括48字節數據），在512位時間內，網絡岡所有站點檢測到載波（有信息發送）和合法的沖突、信息幀碎片，從而保證以太網能正常工作，不受非有效幀（碎片）的影響。

一般談到以太網，主要是指802.3的CSMA/CD協議，它是以太網的主經軟件（其它還幀結構軟件等）此外，以太網還包括以太網接口卡NIC、收發器、中繼器硬件。總之，以太網是一種局域網，是共享總線型局域網（包括集線器Hub網絡），是國際標準局域網之一，應用最廣泛。

4．4以太網與TCP／IP

傳輸控制協議／網際協議（TCP／IP）是實踐中產生的解決網絡互連和異構計算機之間提供可行的透明通信服務的一組協議，它是世界上最大網絡因特網的基礎。以其公用性和有效性，成為公認的開放系統。TCP／IP是網絡數據傳輸事實上的標準，或者簡稱其為因特網通信協議。

BAS結構圖中，標明以太網，是說網絡采用共享總線拓撲，標明TCP／IP，是說數據傳輸采用因特網通信協議。

TCP／IP獨立于特定的計算機軟硬件、獨立于特定的網絡系統，即使你不接入Internet，用它也是最好的組網方案，所以，我們在本文開始，對JGJ／T16－92BAS的網絡結構就標明采用TCP／IP，更何況，BAS進入Internet也是勢在必行的事情。

TCP／IP協議有三個特點，首先它的開放性，可以把現行的各種局域網互聯起來，其次，它統一了地址規則，這種IP地址與域名系統的唯一性，保證了因特網走向全球，最后，高層協議基本標準化，使各種用戶可靠而且便利，這一特點，在工業自動化中，有很好的應用，可以把標準化的控制總線協議，包裝在高層協議中，使TCP／IP成為工業控制通信協議。

TCP／IP分成4個層次：

應用層--常用的應用程序有SMTP（郵件傳送）、NFS（網絡文件）、NIS（網絡信息）、SNMNP（網絡管理）、FTP（文件傳輸）、DNS（域名系統）等，以及工業自動化通信協議，也可在本層打包，如Moddbus、HoneywellC-Bus等。

傳輸層--提供端到端（即應用程序之間）的通信，主要功能是信息格式化、數據確認和丟失重傳等，主要有（TCP傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議UserDataprogramProtocol，它在工業自動化應用中看好，它把數據先打包，后經IP發送，效率高于TCP）

網絡接口層--不同網或同網中計算機之間的通信，處理數據報和路由，主要是IP（網際互連協議）

網絡接口層--提供與物理網絡的連接，它包括所有現行的網絡訪問標準，最重要的是以太網（802.3系列）。

5、測控總線MeasureandControlBus

BAS現場層和自動層的總線，可視為測控總線。JGJ／T16－92第26章BAS26.6.l節規定"從現場到計算機系統的信號傳輸，需綜合考慮""（1）簡化傳輸控制的硬件結構；（2）減少傳輸導線的根數；（3）弱化維修的技術難度"，還進一步指出了采用的方法"可選用一對一的傳輸方式、矩陣選碼一公用線傳輸方式或多路復用技術的一路通道多方使用的傳輸方式（陣列式傳輸方式）""首先考慮時分制"等等。反映中國行業標準對測控信號傳輸的重視以及要求采用最新技術的愿望。在當時的歷史條件下，已經把測控總線闡述得淋漓盡致。

自從HGH／TI6頒布近十年來，測控信號傳輸領域發生了重大的變化，這就是現場總線技術所帶來的深刻變革，對BAS的影響當然也是非常深遠的。只有現場總線技術才能符合JGJ/T1-92第26.6.1節規定的三項要求：最簡單的傳輸控制，最少的導線根數，最方便的維修技術；而且，最重要的是，現場總線帶來了工業自動化開放系統的新局面，減少了自控系統壽命周期成本LifeCycleCost。

因此，測控總線的討論，可以歸納為現場總線的討論。

國際電工委員會IEC定義現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。

安裝在控制室內的BAS中央站與現場的分站，分站與現場的傳感器，它們之間的信號傳輸均適用現場總線技術。換言之，自動化層和現場層，采用現場總線技術是歷史發展的必然。當有人提?quot;現場總線是管理控制一體化方案的催化劑"時（美國Fisher公司Martin先生），我們深刻體會這一雋語的豐富內涵。

5．1現場總線發展歷史

1983年，Honeywell公司推出的差分信號驅動器，成功地在4-20mA直流信號上疊加了數字信號，隨即投入市場的智能化儀表Smart變送器，是現場總線產品的前驅，這些帶有微處理器芯片的儀表，除了在原由模擬信號儀表的基礎上增加了復雜的計算功能外，還在4-20mA直流信號上迭加了數字信號，使現場與控制室之間的連接，從模擬信號過渡到了數字信號。這種工作機制，成為美國fisher-Rosemount公司著名的現場總線HART通信協議的基礎。

1984年，美國儀表協會ISA／SO50工作組，開始制定現場總線標準。IEC也成立現場總線工作組IEC／TC65／SC65C／WG6，開始研究現場總線標準。

1985年，國際電工委員會決定由ProwayWorkingGroup負責研究現場總線體系結構和制定標準。

1986年，德國推出Profibus過程現場總線標準。

1990年，美國Echelon公司推出LonWorks現場總線產品。

1992年，Siemens、Rosemount、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司聯合，成立ISP協會，著手在Profibus基礎上制定標準。

1993年，Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP協會，有120家公司參加，準備以法國標準FIP（FactorInsrtumentationProtocol）為基礎制定標準。

1994年，ISP和WorldFIP北美部份合并，成立FF現場總線基金會（FieldbusFoundation）。推動現場總線國際標準的開發。

1996年，FF公布了低速總線H1標準。

2000年1月4日，IEC宣布現場總線國際標準以86%贊成、12%反對通過，IEC-61158面世。

5．2現場總線國際標準IEC-61158

8種現有的現場總線納入國際標準，如果考慮到世界上已有30多種現場總線，這也還是在統一的路程上，前進了一大步。

從上表可以看出，8種現場，有8種通信協議，互不兼容，距離統一標準的現場總線，還有很大距離，雖然這些現場總線在功能上可以互補。

為了解決現場總線統一問題，借鑒IT行業的統一網絡通信標準，就是第5種類型，即以太網現場總線。1998年，在美國休斯敦召開的ISA展覽會期間，成正了工業自動化開放式網絡聯盟IAONA，建議把FF的H2高速現場總線，改成高速以太網HSE，有Honeywell參加的18個公司31位工程師正在Foxboro公司積極進行開發，希望HSE能成為眾望所歸的現場總線。

HSE的特點是速度高（100Mbps），數據通過量大，與計算機聯接容易，價格低。有兩類用途，一類是完成由于計算量過大而不適合在現場儀表中進行的運算，另一類是作為多條低速H1總線或其他網絡的網關設備。

HSE是否適用干BAS，是有待研究的事情。

在IEC61158國際標準中，有歐洲標準建筑物自動化系統MBS－TC247推薦的ProfibusFMS總線和WorldFIP總線，但是沒有歐洲推薦的LonWorks總線和歐洲設備總線EIB。

5．3現場總線的三層結構

從IEC61158標準中的8類總線，可以看出現場總線并不需要保持與ISO／OS17層結構一致，只需物理層、數據鏈路層、應用層等三層就可以了。因為面向控制的信息比較簡單，但需要快速而可靠地到達目的地，七層模式使數據轉換變慢，會滯后實時控制的時間要求，七層有關的網絡接口成本也較高，同時，現場設備也不需要OSI地址。

IEC61158還規定，所有2至8類現場總線，均需對類型1的FF總線提供接口，但2至8類總線之間，不要求提供接口。

5．4以太網作為現場總線的主要問題及其解決方法

由于以太網802.3采用隨機式的CSMA/CD信息發送方式，對事實控制來說，就帶來一?quot;不確定性"問題，不能事先預言測控信息傳送的時間，存在著"后到先服務"現象。而令牌式"排隊發言"信息傳送是可以預言的。要克服這個缺點，就要提高以太網的傳輸能力。由于10／100BASE－T全雙工交換式以太網技術發展，基本上解決了CSMA／CD隨即發送帶來的"不確定性"問題。1990年，智能交換機的出現，基本上淘汰了信息發送時的沖突，而且，智能交換機的成本不斷下降，為工業控制實際應用提供了可能。智能交換機（網絡開關EtherSwitch），能同時提供多條數據傳輸途徑，功能和電話交換機相似，使整體吞吐量顯著提高，同時智能交換機還使用一種名為"切入法"（CutThrough）的新橋接技術（常規橋接是使用存儲轉發技術），是延遲時間又降低了一個數量級。1993全雙工技術是以太網可以同時發送和接收數據，理論上又可以使傳輸速度翻上一番，再加上快速以太網的出現，以太網在處理事實控制方面，已經可以做到測控信息的傳輸不再是"不確定"的，而是有著"良好概率GoodProbability"的表現，能夠適應事實控制的需要。

以太網傳送測控信息的另一個問題是線路"利用率"，線路效率。利用率是指線路用來成功地傳輸幀的時間部分。每個以太網數據包中那些不代表實際數據部分（同步、地址、字段長度、錯誤檢驗）較大，共26個字節，這種"開銷"使線路利用率下降。在測控領域，實際數據很短，例如，DI20個字節、DO16個字凇IAO200個字節、通信接口500字節、PID運算500字節、計數器4個字節等，這樣，當使用以太網信息包包裝時，大量信號還需要加上填充符才能滿足最小48個字節數據段的長度要求，如DI、DO、計數器，因此，效率較低。

但是，實際上，由于爭先式發送，會改變效率，計算指出，如果連續發送兩個64字節的以太網信息包，效率可以提高到54％。盡管如此，在工業自動化領域，仍然重視如何減少"開銷"，提高通信效率，例如，在通信協議中，想已用戶數據報協議UDP來取代最常用的傳輸控制協議TCP，因為UDP信息包的包裝比TCP簡單，只有4個字節，而TCP，則是26個字節。IEC61158國際標準現場總線HSE高速以太網就考慮采用UDP／IP來代替TCP／IP。

不過，以太網的高速度，已經把這些問題全部覆蓋了，就算是以最低速3Mbps有效速率運行，一個100個字節的實時控制信息，在以太網的傳輸時間，只有0.336毫秒（[100＋26]×8/3M），對BAS，已是很理想的數據了。

5．5TCP／IP作為現場總線的通信協議的討論

TCP／IP協議是一組協議，采用四層結構，與現場總路線三層結構很相似，因此，適用于現場總線。

采用TCP／IP的以太網現場總線，由于數據鏈路層的CSMA／CD，使得數據傳輸時間是建立?quot;概率"基礎上，但由于以太網線路的改進，情況大為改善。

TCP／IP是非常流行的技術，移植到現場總線是順理成章的事，問題之一是TCP／IP是為因特網設計的，TCP是要處理面對成千上萬的網站，它要處理好這么多路由的連接，只能采取在TCP層，設置發送機和接收機，提供端到端的可靠的進程間的通信，使數據報在傳輸過程中始終保持連接狀態，只有雙向通信。TCP才去發送數據報（雙向通信不是指兩機器獨占式通過網絡對話，而是說兩臺機器間有一交互信息流），TCP發出信號后，必須等待對方應答信號，否則會重發，這種定向連接協議，使兩個端機經常以適當的速度相互通話，TCP傳輸控制在兩個機器問來回發送狀態信息。而UDP用戶數據表協議卻比TCP簡單得多。對于自動控制的應用程序來說，并不需要時時保持個連接，以節約開銷和網絡通信量，而UDP是一個無連接系統，從TCP到UDP放棄了許多功能，簡單了許多，只是作為一個數據報的發端機和收端機操作，而不理會二者之間的連接。幀的結構簡化為源端口2字節，目的端口2字節，長度2字節，校驗2字節。UDP傳遞服務不建立通信雙方的連接，發完數據就完事大吉，所以，比較靈活，效率高，非常適合測控數據的發送，因為這類數據非常短，還有，在控制網絡中，通行的站點比起因特網來，少之又少，非常強調二者之間的連接管理，就顯得多余，比起TCP的大文件來，測控程度只是"發出一個請求"或者"等待一個響應"，三言兩語，傳遞本身就會很可靠。此外，在實時控制中，有時強調一種完全控制，即使在信號傳輸過程中發生錯誤，控制器業能夠自行處理作出決策，而不需要讓TCP一遍又一遍重復發送數據，因為自控系統控制器的自制能力都極強。

無論TCP還是UDP，應用程序都是駐留在通信協議頂層的應用中，包括控制和人機接口等一系列應用程序以及用于系統集成的OPC，都藉信息傳輸，獲取其中的數據。

5．6以太網在工業自動化中的應用

美國Foxboro公司在1995年就推出了采用以太網10BASE－5粗同軸電纜I／AnodeBus用于現場總線控制系統，近年來，新I／A現場總線系統已經改為雙絞線BASE－T，室內及機柜內，都使用RJ-45接插件，對室外及振動嚴重的場所，則按防護等級IP-67生產了密封式RJ-45的連接器，Hirschman公司也能提供現場總線中作為以太網連接的接插件，抗震密封，適用于工業環境。

1997年，Schneider公司為其著名現場總線ModbusTCP通信協議產品，它的PLC產品中的I／O模塊，Momentum系列，均可以設置以太網端口。這些I／O模塊通過這些端口直接連入以太網中。Schneider公司把Modbus通信協議變址為TCP／IP通信協議，這是世界上較早的以太網I／O產品。TCP／IP和UDP／IP的一個重要的優點是在同一個以太網中，可以運行許多不同的通信協議，它們都變址在TCP／IP或UDP／IP中。

Honeywell公司幾年前就已經開始著手把以太網用于建筑物自動化系統自動化層總線通信的應用工作，目前，第一步已經實現，即，把所有測控總線通過TCP／IP接口連入以太網中，通過以太網得數據通信，進行實時控制。以太網成為BA、FA、SA集成的通信平臺，進而與管理系統在此平臺上完成管理控制一體化集成。

隨著以太網應用技術的進一步發展，把以太網芯片內嵌與現場設備的一天，也許會很快來臨，意味著因特網內置與現場設備的時代終會來到，其意義在于因特網與控制網融為一體，因特網無處不在，會進一步改變工業自動化和建筑物自動化的面貌。

5．7建筑物自動化的現場總線

現場總線這個技術熱點，長期爭論不休，雖然出臺了IEC61158所推薦的8種國際標準總線，但是仍然沒有一種統一的標準現場總線能夠滿足各種行業有要求。在這紛爭的局面中，以太網的確受到了許多廠商的重視，在管理層（工廠級）采用以太網已經成了共識，而在低層次上的應用，還要假以時日，許多廠商正在積極研究和開發。

目前，LonWorks現場總線在BAS行業中的地位，是很重要的，尤其LonMark產品給用戶帶來產品互換互操的巨大利益（大幅度下降系統的壽命周期成本），所以受到用戶的重視。Honeywell公司在2000年6月推出了全LonWorks現場總線系統，原來的C-BUS已經可以換用LonTalk現場總線，所有其它生產廠商的LonWorks現場總線，可以直接聯入Honeywell中央站。

此外，BACnet通信協議在BAS中的地位也舉足輕重，Honeywell公司在BAS系統中，設置有BACnet服務器和BACnet客戶機兩組軟件，以適應BACnet總線產品的連接和系統的集成。

總之，隨著個人計算機PC和以太網技術在工業控制領域中應用的不斷發展，盡管LonWorks、BACnet、Modbus等傳統明星會繼續發揮作用，但是，新動向確實值得關注，LonWorks技術也正在使用以太網技術，就說明了這點。