現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)絡(luò)

　　Ethernet網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)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(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)，并于1982年制定成為IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的第一版本。1990年2月該標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采納，正式成為ISO/IEC8802.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在這期間，Ethernet從最初10Mbps以太網(wǎng)過渡到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，開放的Ethernet是二十多年來發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)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(yīng)用有力地推動(dòng)了高技術(shù)芯片和系統(tǒng)的開發(fā)，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能，降低了系統(tǒng)成本。

　　過去人們一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用，這是由于：

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

　　·Ethernet所用的接插件(connector)、集線器(hub)、交換機(jī)(switches)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(chǎng)惡劣環(huán)境的要求；

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

　　·Ethernet網(wǎng)還不具備通過信號(hào)線向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電的性能。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述問題正在迅速得到解決。為了促進(jìn)Ethernet在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)(Industrial Ethernet Association)，并與美國(guó)ARC Advisory Group、AMR Research研究中心和Gartner Group等機(jī)構(gòu)合作開展工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　為了解決在無間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)在極端條件下穩(wěn)定地工作，美國(guó)Synergetic Micro System公司和德國(guó)Hirschmann公司專門開發(fā)和生產(chǎn)導(dǎo)軌式收發(fā)器系列、集線器系列和交換機(jī)系列，它們安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電；接插件采用牢固的DB－9結(jié)構(gòu)。美國(guó)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(xiàn)場(chǎng)總線芯片相比，價(jià)格具有極大優(yōu)勢(shì)。

　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，所謂網(wǎng)絡(luò)的確定性是指通過網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)必須在確定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地。假設(shè)一個(gè)PID調(diào)節(jié)器通過網(wǎng)絡(luò)從現(xiàn)場(chǎng)變送器收集數(shù)據(jù)，為了調(diào)節(jié)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(duì)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(guó)電力研究院(EPRI，Palo Alto.Calif.)對(duì)12Mbps Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線、帶有集線器快速100Mbps Ethernet網(wǎng)和帶有開關(guān)集線器的10Mbps Ethernet網(wǎng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)確定性測(cè)試和驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明，兩種Ethernet網(wǎng)的確定性都小于4ms，而Profibus－DP總線滿足不了4ms要求。實(shí)際上，Profibus－DP在100m電纜段時(shí)通信速率可達(dá)12Mbps，在電纜長(zhǎng)度為1200m時(shí)速率急劇下降為9.6kbps。現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線采用一種稱作連接裝置(Linking Device)的類似帶有開關(guān)的集線器結(jié)構(gòu)，很好地解決了Ethernet的時(shí)間確定性問題。