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以太网与现场总线技术 |
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| http://www.iianews.com 以太网 现场总线 技术 2008年08月20日 |
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3． 太网在自动化领域应用现状
目前，以太网工业在自动化领域已有不少成功应用实例，主要集中在以下几个方面：
(1) 车间级生产信息集成：主要由专用生产设备、专用测试设备、条码器、PC机及以太网络设备组成；主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。管理层信息网络：即支撑工厂管理层MIS系统的计算机网络。主要完成如ERP的信息系统。SCADA系统：特别是一些区域广泛、含有计算机广域网技术、无线通信技术的SCADA系统，如城市供水或污水管网的SCADA系统、水利水文信息监测SCADA系统等。个别的控制系统网络：个别要求高可靠性和一定实时性的分布式控制系统也有采用以太网+TCP/IP技术，并获得很好的效果；如水电厂的计算机监控系统。
既然以太网已成功的应用于工业自动化诸多方面，既然IEC61158没有给出一个统一的现场总线技术标准，为什么不能将以太网技术引入工业过程控制底层，即设备层，成为甚至取代现有的现场总线技术成为统一的工业网络标准？这就回到了本文开篇的话题。在这个问题上，除去各公司利益代言人从公司市场利益出发的商业宣传不算，就是自动化行业专家们也是智者见智，仁者见仁，看法不尽相同。笔者从事现场总技术研发工作，习惯从技术方面将以太网与现场总线技术进行比较，从而得出几点看法。
4. 以太网与现场总线技术的比较
(1) 物理层
现场总线
A. 传输介质：多数采用屏蔽双绞电缆（RS-485）、光纤、同轴电缆，以解决长线传输、数据传输速率和电磁干扰等问题。也有无线传输方案，以适应不同场合需要。
B. 插件：各种防护等级工业级的接插件。
B． 线供电及本质安全：如IEC61158-2，用于流程控制及要求防爆功能的场合。
D. 编码：异步 NRZ、位同步曼彻斯特编码等。
E. 传输速率：9.6k~12M
以太网
A. 传输介质：UTP3类线、UTP5类线、 屏蔽双绞电缆、光纤、同轴电缆, 无线传输的解决方案。
B. 插件：RJ45、AUI、BNC
C. 总线供电及本质安全：无。
D. 编码：同步、曼彻斯特编码。
E. 传输速率：10M、100M
(2) 介质访问控制方式
现场总线：
现场总线的介质访问控制方式要满足工业控制网络的要求，即通信的实时性和确定性。确定性指站点每次得到网络服务间隔和时间是确定的；实时性指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确定的任务。
目前现场总线技术采用的介质访问控制方式主要有：令牌、主从、生产者/客户（producer/consumer）
以太网
CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是以太网（或IEEE802.3）采用的介质访问控制方式，如果不是这样就不是以太网（或IEEE802.3）；比如采用令牌调度方式，应是基于IEEE 802.4令牌总线网。
根据CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)机理，它不能满足工业网络通信的实时性和确定性要求。由于以太网与CSMA/CD具有对等的技术内涵，可以说以太网不是传统工业网络要求的实时性和确定性网络。
（3）传输效率：不同网络对报文长度有一个限制。在网络报文中，除了有效传输数据之外，还有一些作为同步、地址、校验等附加字段。有效数据字段与附加字段之比反映的网络有效数据传输的效率，或者说反映一次有效数据传输的代价。通常报文格式如下:
<报文格式>
传输效率=有效数据长/[全部附加字段长+有效数据长>
以太网全部附加字段长=26字节最大有效数据长=1500字节最小有效数据长=1字节（小于46时填0）最大传输效率=1500/（1500+26）=98.3%最小传输效率=1/（1+26+45）=1.39% 现场总线PROFIBUS全部附加字段长=11字节最大有效数据长=244字节最小有效数据长=1字节最大传输效率=244/（244+11）=95.69%最小传输效率=1/（1+11）=8.33%
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点通
