以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
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以太網(wǎng)
A. 傳輸介質(zhì)：UTP3類(lèi)線(xiàn)、UTP5類(lèi)線(xiàn)、 屏蔽雙絞電纜、光纖、同軸電纜, 無(wú)線(xiàn)傳輸的解決方案?！ ?BR>B. 插件：RJ45、AUI、BNC
C. 總線(xiàn)供電及本質(zhì)安全：無(wú)?！ ?BR>D. 編碼：同步、曼徹斯特編碼?！ ?BR>E. 傳輸速率：10M、100M
(2) 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式
現場(chǎng)總線(xiàn)：
現場(chǎng)總線(xiàn)的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式要滿(mǎn)足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的要求，即通信的實(shí)時(shí)性和確定性。確定性指站點(diǎn)每次得到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)間隔和時(shí)間是確定的；實(shí)時(shí)性指網(wǎng)絡(luò )分配給站點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間和間隔可以保證站點(diǎn)完成它確定的任務(wù)。
目前現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)采用的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式主要有：令牌、主從、生產(chǎn)者/客戶(hù)（producer/consumer）
以太網(wǎng)
CSMA/CD(載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測)是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）采用的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式，如果不是這樣就不是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）；比如采用令牌調度方式，應是基于IEEE 802.4令牌總線(xiàn)網(wǎng)。
根據CSMA/CD(載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測)機理，它不能滿(mǎn)足工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通信的實(shí)時(shí)性和確定性要求。由于以太網(wǎng)與CSMA/CD具有對等的技術(shù)內涵，可以說(shuō)以太網(wǎng)不是傳統工業(yè)網(wǎng)絡(luò )要求的實(shí)時(shí)性和確定性網(wǎng)絡(luò )。
（3）傳輸效率：不同網(wǎng)絡(luò )對報文長(cháng)度有一個(gè)限制。在網(wǎng)絡(luò )報文中，除了有效傳輸數據之外，還有一些作為同步、地址、校驗等附加字段。有效數據字段與附加字段之比反映的網(wǎng)絡(luò )有效數據傳輸的效率，或者說(shuō)反映一次有效數據傳輸的代價(jià)。通常報文格式如下:
報文格式>
傳輸效率=有效數據長(cháng)/[全部附加字段長(cháng)+有效數據長(cháng)]
以太網(wǎng)全部附加字段長(cháng)=26字節最大有效數據長(cháng)=1500字節最小有效數據長(cháng)=1字節（小于46時(shí)填0）最大傳輸效率=1500/（1500+26）=98.3%最小傳輸效率=1/（1+26+45）=1.39% 現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS全部附加字段長(cháng)=11字節最大有效數據長(cháng)=244字節最小有效數據長(cháng)=1字節最大傳輸效率=244/（244+11）=95.69%最小傳輸效率=1/（1+11）=8.33%
工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數據量（字節） 傳輸效率 工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數據量（字節） 傳輸效率
8 11.11% 8 42.11%
16 22.22% 16 59.26%
24 33.33% 24 68.57%
32 44.44% 32 74.42%
40 55.55/5 40 78.43%
48 64.86% 48 81.36%
56 68.29% 56 83.58%
64 71.11% 64 85.33%
128 83.11% 128 92.09%
以太網(wǎng)與PROFIBUS參數比較>
(3) 現場(chǎng)設備信息規范及功能規范
現場(chǎng)設備信息格式及功能描述規范稱(chēng)為”行規”(Profile), 行規可有效實(shí)現各種現場(chǎng)設備應用層互聯(lián)。
例：PROFIBUS行規：
NC/RC行規 (機器人、數控行規)
各種速度驅動(dòng)器的行規
操作員控制和過(guò)程監視 (HMI) 行規
對編碼器的行規
控制器間通信的行規
樓宇自動(dòng)化的行規
低壓開(kāi)關(guān)裝置的行規
溫度、壓力、液位、流量變送器和定位器等行規
3. 以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域能走多遠
以太網(wǎng)在工廠(chǎng)自動(dòng)化管理層和車(chē)間監控層已得到廣泛應用和用戶(hù)認可，在設備層對實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴格要求場(chǎng)合也有許多應用；如果以太網(wǎng)希望走的更遠，能夠全面進(jìn)入工廠(chǎng)底層成為設備連接的主要網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，那么，以太網(wǎng)必須作出技術(shù)改進(jìn)。
(1) 改進(jìn)物理層
A. 傳輸介質(zhì)應能提供多種工業(yè)級護套和鎧裝電纜、光纖等.
B. 各種防護等級工業(yè)級的接插件?！ ?BR>C. 應該具有總線(xiàn)供電及本質(zhì)安全的解決方案, 用于流程控制及要求防爆功能的場(chǎng)合。
(2) 如何滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和確定性要求? 提高帶寬、減少碰撞是最直接的辦法，有一定效果；但“盡量的快”和“一定快”是不同的。近年來(lái)，以太網(wǎng)在CSMA/CD技術(shù)基礎上也有一些改進(jìn)，如應用智能集線(xiàn)器、交換機技術(shù)等，但沒(méi)有從機理上保證通信的實(shí)時(shí)性和確定性。
如何進(jìn)一步解決這個(gè)問(wèn)題？無(wú)非有軟件為主和硬件為主的兩種思路；硬件方案是設計新型智能網(wǎng)絡(luò )交換設備，希望不要一味走增加帶寬的老路；軟件解決方案是在一定帶寬資源基礎上，由軟件調度實(shí)現實(shí)時(shí)、確定性通信功能。
需要指出的是，以太網(wǎng)技術(shù)存在上述缺憾，不意味著(zhù)以太網(wǎng)就不能在現場(chǎng)層應用，事實(shí)上以太網(wǎng)在很多對時(shí)間要求不是非?？量痰默F場(chǎng)層，已有很多成功應用范例。
(3) 成本：以太網(wǎng)進(jìn)入現場(chǎng)層，單站點(diǎn)成本是必需考慮的因素；與目前現場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBUS、DeviceNet、ControlNet）產(chǎn)品競爭。
4. 以太網(wǎng)能否取代現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)成為統一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )標準
（1） 預測未來(lái)是最艱難的事；現場(chǎng)總線(xiàn)是專(zhuān)為工業(yè)現場(chǎng)層設備通信設計，是為自動(dòng)化量體裁衣的技術(shù)。以太網(wǎng)設計初衷是辦公網(wǎng)，用于數據處理。從技術(shù)比較出發(fā)似乎很容易得出結論。但技術(shù)發(fā)展受社會(huì )政治、經(jīng)濟影響，市場(chǎng)因素很大程度左右技術(shù)走向，回顧計算機發(fā)展歷史，這種先例不勝枚舉。因此，以太網(wǎng)在工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間監控層及管理層將成為主要應用技術(shù)，特別是采用TCP/IP協(xié)議可與互連網(wǎng)Internet連接, 是未來(lái)eManufactory的技術(shù)基礎。在設備層，在沒(méi)有嚴格的時(shí)間要求條件下，以太網(wǎng)也可以有部分市場(chǎng)。在以太網(wǎng)能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題之前，大部分現場(chǎng)層仍然會(huì )首選現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。
（2） 一體化與多元化并存
面對這樣一個(gè)多種工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)并存的現狀，我們應該有一個(gè)豁達的心態(tài)。哲學(xué)家告訴我們，一體化與多元化是一對互為依存的矛盾，將長(cháng)時(shí)間共存與競爭；以太網(wǎng)反映了人們要求技術(shù)標準化、一體化的愿望，而現實(shí)是不能用一種技術(shù)覆蓋各行業(yè)所有不同需求。IEC61158的發(fā)展歷程就給了我們一個(gè)深刻的啟示，我們必須學(xué)會(huì )面對一個(gè)多種工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)競爭和共存的現實(shí)世界。
4. 可能的解決方案
在面對具體問(wèn)題時(shí)如何作出選擇呢？我認為，就事論事是明智之舉。簡(jiǎn)單地說(shuō)，你的項目最適合使用什么技術(shù)就采用什么技術(shù)。
（1）車(chē)間級生產(chǎn)信息集成更適合使用以太網(wǎng)
理由如下：
A. 多數加工設備具有RS-232接口:如條碼機, 專(zhuān)用工設備;
B. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求不高;
C. 與上層網(wǎng)絡(luò )的信息規范和軟件接口兼容
(2) 設備級控制優(yōu)先選用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
理由如下：
A. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求；
B. 專(zhuān)用性: 如需要嚴格同步的運動(dòng)控制采用Sercos、PROFIBUS-DPV2；
C. 可靠性：工業(yè)級的傳輸層增強系統可靠性；
D. 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)、產(chǎn)品繁多，能夠提供各種成本的解決方案。
（3）其它：根據技術(shù)要求，就事論事的選擇你的解決方案。
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