現場(chǎng)總線(xiàn)轉向以太網(wǎng)絡(luò )

　　Ethernet網(wǎng)絡(luò )出現于1975年，隨后3COM公司致力于使以太網(wǎng)的使用成為一個(gè)多供應商標準，并于1982年制定成為IEEE802.3標準的第一版本。1990年2月該標準被國際標準化組織所采納，正式成為ISO/IEC8802.3國際標準。在這期間，Ethernet從最初10Mbps以太網(wǎng)過(guò)渡到100Mbps快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)，直至發(fā)展到今天的千兆以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)放的Ethernet是二十多年來(lái)發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，并導致了一場(chǎng)信息技術(shù)的革命。Ethernet網(wǎng)的快速發(fā)展和廣泛應用有力地推動(dòng)了高技術(shù)芯片和系統的開(kāi)發(fā)，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò )性能，降低了系統成本。

　　過(guò)去人們一直認為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應用而開(kāi)發(fā)的，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應用，這是由于：

　　·Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測方式，在網(wǎng)絡(luò )負荷較重(在于40％)時(shí)，網(wǎng)絡(luò )的確定性(Determinism)不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求；

　　·Ethernet所用的接插件(connector)、集線(xiàn)器(hub)、交換機(switches)和電纜等是為辦公室應用而設計的，不符合工業(yè)現場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求；

　　·在工廠(chǎng)環(huán)境中，Ethernet抗干擾性能較差。若用于危險場(chǎng)合，以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性能；

　　·Ethernet網(wǎng)還不具備通過(guò)信號線(xiàn)向現場(chǎng)儀表供電的性能。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在迅速得到解決。為了促進(jìn)Ethernet在工業(yè)領(lǐng)域的應用，國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì )(Industrial Ethernet Association)，并與美國ARC Advisory Group、AMR Research研究中心和Gartner Group等機構合作開(kāi)展工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　為了解決在無(wú)間斷的工業(yè)應用領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò )在極端條件下穩定地工作，美國Synergetic Micro System公司和德國Hirschmann公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)導軌式收發(fā)器系列、集線(xiàn)器系列和交換機系列，它們安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電；接插件采用牢固的DB－9結構。美國NET Silicon公司研制的工業(yè)以太網(wǎng)通信接口芯片，每片已降至10～15美元，與各種現場(chǎng)總線(xiàn)芯片相比，價(jià)格具有極大優(yōu)勢。

　　在工業(yè)控制系統中，所謂網(wǎng)絡(luò )的確定性是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送的數據必須在確定的時(shí)間內到達目的地。假設一個(gè)PID調節器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )從現場(chǎng)變送器收集數據，為了調節PID回路，需要有非常一致的采樣時(shí)間，而且這些時(shí)間必須是確定的。對于這樣的實(shí)時(shí)控制要求，通常要求網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間延遲小于2～4ms。為此，美國電力研究院(EPRI，Palo Alto.Calif.)對12Mbps Profibus－DP現場(chǎng)總線(xiàn)、帶有集線(xiàn)器快速100Mbps Ethernet網(wǎng)和帶有開(kāi)關(guān)集線(xiàn)器的10Mbps Ethernet網(wǎng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò )確定性測試和驗證。測試結果表明，兩種Ethernet網(wǎng)的確定性都小于4ms，而Profibus－DP總線(xiàn)滿(mǎn)足不了4ms要求。實(shí)際上，Profibus－DP在100m電纜段時(shí)通信速率可達12Mbps，在電纜長(cháng)度為1200m時(shí)速率急劇下降為9.6kbps?，F在的工業(yè)以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)采用一種稱(chēng)作連接裝置(Linking Device)的類(lèi)似帶有開(kāi)關(guān)的集線(xiàn)器結構，很好地解決了Ethernet的時(shí)間確定性問(wèn)題。