新型的工业现场总线——工业光总线

现场总线技术于上个世纪90年代进入市场，作为有可能替代模拟信号传输技术的新技术，用数字信号代替传统4-20mA模拟信号，具有高性能低成本优势，一直被业界寄予厚望。当时业内甚至有这种说法，以模拟信号传输技术为基础的DCS将被现场总线控制系统FCS替代，未来流程工业控制系统将以现场总线技术为主流技术。

但实际上目前国内新上大型石化煤化工项目，用户一般仍然选择以4-20mA+HART模拟信号为基础的控制系统。以至于现在业内有人认为现场总线技术在国内石化行业已经式微，发展前景黯淡。

今天我们介绍一种新型的工业光总线技术，此技术在工业数据传输数字化方向做出了新的尝试，开辟了一个新的技术路线。

工业光总线是将工业总线技术与光网络技术结合以提供控制器和现场仪表设备总线互联的网络技术。该技术不只是将传统的工业现场总线与光纤媒质简单组合，而是为实现更高带宽、高灵活性和低时延的网络建设目标，采用光网络技术对数据传输方式和交互机制进行优化， 从而为现场级网络提供更具竞争力的性能指标，以满足企业数字化转型对网络提出的更高要求。

在工厂控制系统架构中，工业光总线技术定位在现场级控制网络（见下图 ）。图中所示的新型工业光总线技术采用在控制器侧内置光头端模组，在现场I/O设备、现场总线协议网关、现场PLC/RTU等设备中内置光终端模组的方式，并通过星型结构无源光分配网络进行组网，实现主站控制器到从站设备控制数据的可靠传输。

工业光总线技术优化了物理层和数据链路层的数据传输方式， 其中数据链路层将原有工业协议的串行通信机制改为并行，并通过缩短数据传输周期来降低物理链路层的时延。

新型的工业光总线技术有以下两种工作模式：

工作模式一：工业光总线技术定义了物理层和数据链路层的数据传输方式，但对原有的工业协议进行透传，不改变原有工业协议中的各类数据，如Modbus，EtherCAT，ProfiNet，ProfiBus DP/PA等。仅将数据载入到总线通信报文中然后传送到对端。受限于原有的上层工业协议交互机制，此工作模式对降低系统总时延的改进有限。

   工作模式二：工业光总线技术定义了物理层和数据链路层的数据传输方式，同时在应用层采用优化后的新工业协议，其关键的改进为：优化后的应用层工业协议，配合底层的并行通信机制，降低了控制器的循环周期，从而达到工业应用要求的确定性时延和可靠性传输。

工业光总线技术要点：

Ø 全光连接

采用光纤传输并可通过光分配网络的多级分光技术组网。主站和主站、主站和从站间通过光纤、分光器等无源器件连接，抗干扰性强，并提供了工业现场终端的灵活接入能力。

Ø 并行数据处理

在优化的工业总线协议中，通过优化数据链路层，每个时隙内，每个从站均可并行向上发送数据到主站。将单个从站与主站的串行通信机制，改为多个从站与主站的并行通信，使得控制器的循环周期降低。

Ø 确定性时延

保证工业现场级设备的控制要求，实现主站与从站之间确定性低时延的传输，并可采用针对性的业务传送机制，如多Burst突发、优化的QoS、光同步技术等低时延、低抖动技术，提供更优的现场级网络性能。

Ø 冗余无源光网和在线维护

针对工业运行对连续可靠运行的要求，该技术保证了数据传输通道的物理冗余和热备用，任何一路光纤通道的丢失，不会导致数据传输中断，并且支持故障定位和在线恢复。

工业光总线给用户带来的价值：

Ø 低成本

光纤代替了铜芯电缆，设备材料成本大幅度降低。

Ø 生态友好

工业光总线支持现有工业协议的透传，如Modbus TCP/RTU，EtherCAT， ProfiNet，ProfiBus DP/PA等。I/O模件支持现有4-20mA+HART 信号接入。

Ø 安全可靠

工业光总线方案通过无源器件组网，具备多种组网保护方式，同时，光纤不受到电磁干扰和雷电影响，光器件/光模组遵从工业级环境和散热标准。

Ø 协议开放

工业光总线是一个开放的协议，只要满足协议要求的设备都可以接入以工业光总线为基础的控制系统，带给用户更多的选择。