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2021 - 02 - 23
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自动化控制系统中现场总线与以太网的互连

发布时间: 2020-11-30
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      以往以太网进入现场总线系统的最大障碍是以太网的不确定性,因为以太网在数据链路层采用CSMA/CD介质访问控制协议,这种协议在轻载的情况下,效率极高,但在负载较重的情况下,由于协议在有冲突时会暂停一段随机时间后重试发送,这样就影响数据的实时性。这对实时性要求非常严格的工业控制网络来说是不能容忍的,而且以太网所用的设备,包括接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switcher)和电缆等是为办公室应用而设计的,不符合工业现场恶劣环境的要求。还有以太网抗干扰性能较差,不具备本质安全性能,且不能向现场仪表供电。但是随着技术的发展,100M的以太网目前成为主流,万兆的以太网也投入实际运行,以及交换式以太网技术的发展,从根本上解决了以太网因碰撞而产生的传输时间随机性较大的问题。并且以太网设备生产厂商也在开发符合工业现场要求的设备,以满足要求。同时,它还具备以下特点:

       1、以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术,受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发,如JavaVisual C++Visual Basic等。这些编程语言由于使用广泛,并受到软件开发商的高度重视,具有很好的发展前景。因此,如果采用以太网作为现场总线,可以保证多种开发工具、开发环境供选择。

       2、成本低廉。由于以太网的应用最为广泛,因此受到硬件开发与生产厂商的高度重视与广泛支持,有多种硬件产品供用户选择,而且由于应用广泛,硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有ProfibusFF等现场总线的十分之一,并且随着集成电路技术的发展,其价格还会进一步下降[34]。

      3、通信速率高。目前100M的快速以太网已开始广泛应用,1000M以太网技术逐渐成熟,万兆以太网也已经投入使用,其速率比目前的现场总线快得多。以太网可以满足对带宽的更高要求。

       4、软硬件资源丰富。由于以太网已应用多年,人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验,对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用,从而可以显著降低系统的整体成本,并大大加快系统的开发和推广速度。

      5、可持续发展潜力大。由于以太网的广泛应用,使它的发展一直受到广泛的重视和大量的技术投入。并且,在这信息瞬息万变的时代,企业的生存与发展在很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,更加成熟,由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。

      因此,如果工业控制领域采用以太网作为现场设备之间的通信网络平台,可以避免现场总线技术游离于计算机网络技术的发展主流之外,从而使现场总线技术和其它网络技术互相促进、共同发展,并保证技术上的可持续发展,在技术升级方面无需单独的研究投入。今后,工业控制网络必然向工业互联发展。

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