以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
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以太網(wǎng)
A. 傳輸介質(zhì)：UTP3類線、UTP5類線、 屏蔽雙絞電纜、光纖、同軸電纜, 無(wú)線傳輸?shù)慕鉀Q方案?！ ?BR>B. 插件：RJ45、AUI、BNC
C. 總線供電及本質(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)訪問(wèn)控制方式
現(xiàn)場(chǎng)總線：
現(xiàn)場(chǎng)總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式要滿足工業(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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式主要有：令牌、主從、生產(chǎn)者/客戶（producer/consumer）
以太網(wǎng)
CSMA/CD(載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）采用的介質(zhì)訪問(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(diào)度方式，應(yīng)是基于IEEE 802.4令牌總線網(wǎng)。
根據(jù)CSMA/CD(載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))機(jī)理，它不能滿足工業(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(duì)等的技術(shù)內(nèi)涵，可以說(shuō)以太網(wǎng)不是傳統(tǒng)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(duì)報(bào)文長(zhǎng)度有一個(gè)限制。在網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中，除了有效傳輸數(shù)據(jù)之外，還有一些作為同步、地址、校驗(yàn)等附加字段。有效數(shù)據(jù)字段與附加字段之比反映的網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，或者說(shuō)反映一次有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r(jià)。通常報(bào)文格式如下:
報(bào)文格式>
傳輸效率=有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)/[全部附加字段長(zhǎng)+有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)]
以太網(wǎng)全部附加字段長(zhǎng)=26字節(jié)最大有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1500字節(jié)最小有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1字節(jié)（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(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS全部附加字段長(zhǎng)=11字節(jié)最大有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=244字節(jié)最小有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1字節(jié)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(shù)據(jù)量（字節(jié)） 傳輸效率 工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數(shù)據(jù)量（字節(jié)） 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(shù)比較>
(3) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息規(guī)范及功能規(guī)范
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息格式及功能描述規(guī)范稱為”行規(guī)”(Profile), 行規(guī)可有效實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)用層互聯(lián)。
例：PROFIBUS行規(guī)：
NC/RC行規(guī) (機(jī)器人、數(shù)控行規(guī))
各種速度驅(qū)動(dòng)器的行規(guī)
操作員控制和過(guò)程監(jiān)視 (HMI) 行規(guī)
對(duì)編碼器的行規(guī)
控制器間通信的行規(guī)
樓宇自動(dòng)化的行規(guī)
低壓開(kāi)關(guān)裝置的行規(guī)
溫度、壓力、液位、流量變送器和定位器等行規(guī)
3. 以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域能走多遠(yuǎn)
以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化管理層和車間監(jiān)控層已得到廣泛應(yīng)用和用戶認(rèn)可，在設(shè)備層對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴(yán)格要求場(chǎng)合也有許多應(yīng)用；如果以太網(wǎng)希望走的更遠(yuǎn)，能夠全面進(jìn)入工廠底層成為設(shè)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(yīng)能提供多種工業(yè)級(jí)護(hù)套和鎧裝電纜、光纖等.
B. 各種防護(hù)等級(jí)工業(yè)級(jí)的接插件?！ ?BR>C. 應(yīng)該具有總線供電及本質(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(chǔ)上也有一些改進(jìn)，如應(yīng)用智能集線器、交換機(jī)技術(shù)等，但沒(méi)有從機(jī)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(shè)計(jì)新型智能網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)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(chǔ)上，由軟件調(diào)度實(shí)現(xiàn)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，不意味著以太網(wǎng)就不能在現(xiàn)場(chǎng)層應(yīng)用，事實(shí)上以太網(wǎng)在很多對(duì)時(shí)間要求不是非?？量痰默F(xiàn)場(chǎng)層，已有很多成功應(yīng)用范例。
(3) 成本：以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)層，單站點(diǎn)成本是必需考慮的因素；與目前現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS、DeviceNet、ControlNet）產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。
4. 以太網(wǎng)能否取代現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
（1） 預(yù)測(cè)未來(lái)是最艱難的事；現(xiàn)場(chǎng)總線是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備通信設(shè)計(jì)，是為自動(dòng)化量體裁衣的技術(shù)。以太網(wǎng)設(shè)計(jì)初衷是辦公網(wǎng)，用于數(shù)據(jù)處理。從技術(shù)比較出發(fā)似乎很容易得出結(jié)論。但技術(shù)發(fā)展受社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)影響，市場(chǎng)因素很大程度左右技術(shù)走向，回顧計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，這種先例不勝枚舉。因此，以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化車間監(jiān)控層及管理層將成為主要應(yīng)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(chǔ)。在設(shè)備層，在沒(méi)有嚴(yán)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(xiàn)場(chǎng)層仍然會(huì)首選現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。
（2） 一體化與多元化并存
面對(duì)這樣一個(gè)多種工業(yè)總線技術(shù)并存的現(xiàn)狀，我們應(yīng)該有一個(gè)豁達(dá)的心態(tài)。哲學(xué)家告訴我們，一體化與多元化是一對(duì)互為依存的矛盾，將長(zhǎng)時(shí)間共存與競(jìng)爭(zhēng)；以太網(wǎng)反映了人們要求技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、一體化的愿望，而現(xiàn)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(duì)一個(gè)多種工業(yè)總線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和共存的現(xiàn)實(shí)世界。
4. 可能的解決方案
在面對(duì)具體問(wèn)題時(shí)如何作出選擇呢？我認(rèn)為，就事論事是明智之舉。簡(jiǎn)單地說(shuō)，你的項(xiàng)目最適合使用什么技術(shù)就采用什么技術(shù)。
（1）車間級(jí)生產(chǎn)信息集成更適合使用以太網(wǎng)
理由如下：
A. 多數(shù)加工設(shè)備具有RS-232接口:如條碼機(jī), 專用工設(shè)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(guī)范和軟件接口兼容
(2) 設(shè)備級(jí)控制優(yōu)先選用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
理由如下：
A. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求；
B. 專用性: 如需要嚴(yán)格同步的運(yùn)動(dòng)控制采用Sercos、PROFIBUS-DPV2；
C. 可靠性：工業(yè)級(jí)的傳輸層增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性；
D. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)種類、產(chǎn)品繁多，能夠提供各種成本的解決方案。
（3）其它：根據(jù)技術(shù)要求，就事論事的選擇你的解決方案。
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