EPA标准：新一代现场总线标准，拥有自主知识产权

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：IEC于2007年10月发布实时以太网国际标准应用行规IEC 61784-2、现场总线国际标准IEC61158。其中，EPA标准协议作为第14类型列入了IEC 61158，而EPA的应用技术则作为CPF14列入了实时以太网国际标准IEC 61784-2。EPA标准是新一代现场总线标准，并成为我国第一个拥有自主知识产权并被IEC认可的工业自动化领域国际标准。

1.EPA标准概述

EPA（Ethernet for Plant Automation，以太网工厂自动化）是由中控科技集团、浙江大学联合牵头，中科院沈阳自动化研究所、大连理工大学、重庆邮电大学、清华大学、上海工业自动化仪表研究所和北京华控等单位联合制定的我国第一个拥有自主知识产权的工业以太网国家标准（GB／T 20171—2006）。

IEC于2007年10月发布实时以太网国际标准应用行规IEC 61784-2、现场总线国际标准IEC61158。这两个标准已经正式成为国际标准。其中，EPA标准协议作为第14类型（TYPE14）列入了IEC 61158，而EPA的应用技术则作为CPF14（Common Profile Family14，公共行规簇14）列入了实时以太网国际标准IEC 61784-2。

EPA标准是新一代现场总线标准（用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范），并成为我国第一个拥有自主知识产权并被IEC认可的工业自动化领域国际标准。

国内数家高校、中科院下属研究所和浙大中控等单位，协同解决和攻克了EPA工业实时以太网的以下关键性技术：确定性通信技术；实时通信技术；扩展性与大规模系统设计激活逻辑隔离式微网段技术；冗余总线供电技术；网络安全技术；本质安全技术；网络高可靠性与高可用性技术；远距离传输技术；互通信、互操作技术；功能安全通信技术，形成了具有自主知识产权的EPA核心技术。这一成果改变了我国在现场总线领域和工业以太网长期处于跟踪研究状态、核心技术始终掌握在国外跨国企业手中的被动局面，使我国在实时以太网技术发展中处于平等竞争的水平。

2.EPA系统的确定性通信

尽管交换式以太网技术、全双工模式工作以及规定的优先级技术可以在一定程度上避免碰撞和降低碰撞概率，但存在一定的局限性。

以太网交换机存在着数据发送和接收的“广播风暴”问题，在工业数据通信网络中使用较普遍的广播式发送实时数据的方式，不可避免地会产生碰撞；还有以太网交换机工作采用了存储转发机制，也使数据通信具有了因排队和延迟造成的不确定性。当交换机的某一个端口接收到多个端口发送来的报文，需要将这些报文置于缓存进行排队缓冲等待转发，这种工作方式不可避免地造成数据传输的不确定性。

在EPA控制系统中，根据组态方案，数据的传送严格按照确定的时序进行；另外，网络负荷水平较稳定。EPA控制系统中，控制现场被分为若干个控制区域，每个区域之间通过一个网桥进行互联，即不同控制区域之间的数据传输通过网桥进行转发，在一个控制区域上，任何一个EPA设备按照组态顺序分时发送数据，避免了碰撞，保证了EPA控制系统内各节点设备通信的确定性和实时性。

3.以太网一网到底

EPA技术采用分段化系统结构和确定性通信调度控制策略，解决了以太网通信的不确定性问题，使以太网、无线局域网、蓝牙网络等广泛应用于工业企业管理层、过程监控层网络的技术直接应用于变送器、执行机构、远程I／O、现场控制器等现场设备间的通信。采用EPA网络，可以实现控制系统的通信网络使用以太网一网到底。

EPA网络控制系统的通信网络架构从管理层到控制层都采用了基于以太网技术的统一。采用EPA技术，不仅可以实现管理层级的横向集成，同时也能实现管理层级到控制层级的无缝集成。将管理域和控制域连同起来，大幅提高控制系统的性能。基于EPA的现场智能设备和应用程序尽管来自于不同的厂家，都能流畅地进行互通信和互操作。

由于基于以太网技术，EPA网络控制系统可以方便地接入Internet，在远程对EPA网络控制系统进行有效的监控。

EPA还具有与传统的集散控制系统、PLC控制系统和基于EPA的现场总线控制系统实现无缝数据集成。

EPA标准：新一代现场总线标准，拥有自主知识产权

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