摘要：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)行機構(gòu)、遠程I/O、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設(shè)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(shè)備的開放性實時以太網(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)備的實時工作建立了一種全新的標(biāo)準(zhǔn)。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(xué)、浙大中控`共同主持，聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動化所、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、重慶郵電學(xué)院、上海工業(yè)自動化儀表研究所、北京華控技術(shù)有限責(zé)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(diào)節(jié)儀、電動調(diào)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(zhì)訪問控制機制，因此具有通信“不確定性”的特點，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)交換機的存儲轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)機制，當(dāng)同時來自于多個端口的報文需要向同一個端口轉(zhuǎn)發(fā)時，交換機就必須將這些報文進行排隊緩沖，并依次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)。
（2）以太網(wǎng)交換機存在的“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)送的實時數(shù)據(jù)報文，同樣會產(chǎn)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(luò)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(yīng)，一般辦公室自動化計算機局部網(wǎng)響應(yīng)時間可在幾秒范圍內(nèi)，而工業(yè)控制局域網(wǎng)的響應(yīng)時間應(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。
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(gòu)，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(yán)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(luò)吞吐量小；
（6）網(wǎng)絡(luò)負荷較為平穩(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(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)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)；在一個控制區(qū)域內(nèi)，每個EPA設(shè)備按事先組態(tài)的分時發(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時性。
