自動(dòng)化控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連

以往以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場總線系統(tǒng)的最大障礙是以太網(wǎng)的不確定性，因?yàn)橐蕴W(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制協(xié)議，這種協(xié)議在輕載的情況下，效率極高，但在負(fù)載較重的情況下，由于協(xié)議在有沖突時(shí)會(huì)暫停一段隨機(jī)時(shí)間后重試發(fā)送，這樣就影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。這對實(shí)時(shí)性要求非常嚴(yán)格的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)來說是不能容忍的，而且以太網(wǎng)所用的設(shè)備，包括接插件（connector）、集線器（hub）、交換機(jī)（switcher）和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。還有以太網(wǎng)抗干擾性能較差，不具備本質(zhì)安全性能，且不能向現(xiàn)場儀表供電。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，100M的以太網(wǎng)目前成為主流，萬兆的以太網(wǎng)也投入實(shí)際運(yùn)行，以及交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，從根本上解決了以太網(wǎng)因碰撞而產(chǎn)生的傳輸時(shí)間隨機(jī)性較大的問題。并且以太網(wǎng)設(shè)備生產(chǎn)廠商也在開發(fā)符合工業(yè)現(xiàn)場要求的設(shè)備，以滿足要求。同時(shí)，它還具備以下特點(diǎn)：

1、以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，受到廣泛的技術(shù)支持。幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應(yīng)用開發(fā)，如Java、Visual C++、Visual Basic等。這些編程語言由于使用廣泛，并受到軟件開發(fā)商的高度重視，具有很好的發(fā)展前景。因此，如果采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，可以保證多種開發(fā)工具、開發(fā)環(huán)境供選擇。

2、成本低廉。由于以太網(wǎng)的應(yīng)用最為廣泛，因此受到硬件開發(fā)與生產(chǎn)廠商的高度重視與廣泛支持，有多種硬件產(chǎn)品供用戶選擇，而且由于應(yīng)用廣泛，硬件價(jià)格也相對低廉。目前以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只有Profibus、FF等現(xiàn)場總線的十分之一，并且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，其價(jià)格還會(huì)進(jìn)一步下降［34］。

3、通信速率高。目前100M的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，1000M以太網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟，萬兆以太網(wǎng)也已經(jīng)投入使用，其速率比目前的現(xiàn)場總線快得多。以太網(wǎng)可以滿足對帶寬的更高要求。

4、軟硬件資源豐富。由于以太網(wǎng)已應(yīng)用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面有很多的經(jīng)驗(yàn)，對其技術(shù)也十分熟悉。大量的軟件資源和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用，從而可以顯著降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)的開發(fā)和推廣速度。

5、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。由于以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術(shù)投入。并且，在這信息瞬息萬變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展在很大程度上依賴于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。

因此，如果工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺，可以避免現(xiàn)場總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流之外，從而使現(xiàn)場總線技術(shù)和其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相促進(jìn)、共同發(fā)展，并保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展，在技術(shù)升級方面無需單獨(dú)的研究投入。今后，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必然向圖4.1發(fā)展。