摘要：EPA是應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的開放網(wǎng)絡技術，采用分段化系統(tǒng)結構和確定性通信調度控制策略，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)、藍牙等廣泛應用于工業(yè)企業(yè)管理層、過程監(jiān)控層網(wǎng)絡的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技術直接應用于變送器、執(zhí)行機構、遠程I/O、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設備間的通信。

　　1、EPA簡介
　　EPA實時以太網(wǎng)，是一種全新的適用于工業(yè)現(xiàn)場設備的開放性實時以太網(wǎng)標準，EPA將大量成熟的IT技術應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，利用高效、穩(wěn)定、標準的以太網(wǎng)和UDP/IP協(xié)議的確定性通信調度策略，為適用于現(xiàn)場設備的實時工作建立了一種全新的標準。這一項目得到了中國政府“863”高科技研究與發(fā)展計劃的支持。
　　目前，由浙江大學、浙大中控`共同主持，聯(lián)合中國科學院沈陽自動化所、清華大學、大連理工大學、重慶郵電學院、上海工業(yè)自動化儀表研究所、北京華控技術有限責任公司、機械工業(yè)儀器儀表
儀器儀表。
　　廣義的說儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，如氣動調節(jié)儀、電動調節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)等也皆屬器儀表。儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。如顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等，可以擴展人的視、聽、嘗、摸外部事物的官能；有些儀器儀表，如磁強計、射線計數(shù)計等，可感受和測量到人所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。
　總線
　　總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的公共連線，用于在各個部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率。
　　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）介質訪問控制機制，因此具有通信“不確定性”的特點，并成為其應用于工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的主要障礙。
　　雖然以太網(wǎng)交換技術、全雙工通信技術以及IEEE802.1p&q規(guī)定的優(yōu)先級技術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)交換機的存儲轉發(fā)機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延遲。無論采用哪種存儲轉發(fā)機制，當同時來自于多個端口的報文需要向同一個端口轉發(fā)時，交換機就必須將這些報文進行排隊緩沖，并依次轉發(fā)。因此，交換機的緩沖池大小將直接影響了來自于某一端口的報文能否以及何時被成功轉發(fā)。
（2）以太網(wǎng)交換機存在的“廣播風爆”問題。工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中廣泛采用廣播方式發(fā)送的實時數(shù)據(jù)報文，同樣會產生碰撞。
　
　除了通信實時性要求外，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的通信還具有以下特點：
（1）周期與非周期信息同時存在，正常工作狀態(tài)下，周期性信息（如過程測量與控制信息、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息（如突發(fā)事件報警、程序上下載等）較少；
（2）有限的時間響應，一般辦公室自動化計算機局部網(wǎng)響應時間可在幾秒范圍內，而工業(yè)控制局域網(wǎng)的響應時間應在0.01-1秒；
（3）信息流向具有明顯的方向性，通信關系比較確定。
只需將測量信息傳送到控制器，而控制器則將控制信息傳送給執(zhí)行機構，來自現(xiàn)場儀表的過程監(jiān)控與突發(fā)時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，信息的傳送遵循嚴格的時序；
（5）傳輸?shù)男畔⒘可伲畔㈤L度比較小，通常僅為幾位或幾個、十幾、幾十個字節(jié)；網(wǎng)絡吞吐量?。?BR>（6）網(wǎng)絡負荷較為平穩(wěn)。
EPA系統(tǒng)中，根據(jù)通信關系，將控制現(xiàn)場劃分為若干個控制區(qū)域，每個區(qū)域通過一個EPA網(wǎng)橋互相分隔，將本區(qū)域內設備間的通信流量限制在本區(qū)域內；不同控制區(qū)域間的通信由EPA網(wǎng)橋進行轉發(fā)；在一個控制區(qū)域內，每個EPA設備按事先組態(tài)的分時發(fā)送原則向網(wǎng)絡上發(fā)送數(shù)據(jù)，由此避免了碰撞，保證了EPA設備間通信的確定性和實時性。

　　3、“E”網(wǎng)到底
　　EPA是應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的開放網(wǎng)絡技術，采用分段化系統(tǒng)結構和確定性通信調度控制策略，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)、藍牙等廣泛應用于工業(yè)企業(yè)管理層、過程監(jiān)控層網(wǎng)絡的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技術直接應用于變送器、執(zhí)行機構、遠程I/O、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設備間的通信。
　　采用EPA網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動化智能工廠系統(tǒng)中從底層的現(xiàn)場設備層到上層的控制層、管理層的通信網(wǎng)絡平臺基于以太網(wǎng)技術的統(tǒng)一，即所謂的“E（Ethernet）網(wǎng)到底”。
　　采用EPA，可實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能工廠中垂直和水平兩個方向的信息無縫集成：
　　通過EPA網(wǎng)絡通信平臺提供的實時數(shù)據(jù)通信服務，來自不同廠商的現(xiàn)場智能設備和應用程序可以實現(xiàn)信息透明互訪和互可操作。
　　采用EPA網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)智能工廠中從管理層、控制層直至現(xiàn)場設備層等所有網(wǎng)絡層基于以太網(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設備。
利用EPA開放網(wǎng)絡平臺，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)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、數(shù)據(jù)綜合利用技術、數(shù)據(jù)增值挖掘技術等，對工業(yè)企業(yè)生產全過程實現(xiàn)高效智能化管理。
　　4、互可操作
　　與傳統(tǒng)的4-20mA標準不同，工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡不僅要解決信號的互通和互連，更需要解決信息的互通問題，即信息的互相識別、互相理解和互可操作。
　　所謂信號的互通，即兩個需要互相通信的設備所采用的通信介質、信號類型、信號大小、信號的輸入/輸出匹配等幾方面的參數(shù)符合同一標準，即物理層標準。在此基礎上，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，不同的設備就能連接在同一網(wǎng)絡上實現(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，實現(xiàn)了設備的互連。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（如應用層協(xié)議），不同設備之間還不能相互理解、識別彼此所傳送的信息含義，就不能實現(xiàn)信息互通，也就不可能實現(xiàn)開放系統(tǒng)之間的互可操作。
為　　此，《EPA標準》除了解決實時通信問題外，還為用戶層應用程序定義了應用層服務與協(xié)議規(guī)范，包括系統(tǒng)管理服務、域上/下載服務、變量訪問服務、事件管理服務等。至于ISO/OSI通信模型中的會話層、表示層等中間層次，為降低設備的通信處理負荷，可以省略，而在應用層直接定義與TCP/IP協(xié)議的接口。
　　為支持來自不同廠商的EPA設備之間的互可操作，《EPA標準》采用XML（eXtensible Markup Language）擴展標記語言為EPA設備描述語言，規(guī)定了設備資源、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技術對EPA設備描述文件進行解釋，而無需專用的設備描述文件編譯和解釋工具。

（轉載）