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自動化控制系統(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,因為以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層采用CSMA/CD介質訪問控制協(xié)議,這種協(xié)議在輕載的情況下,效率極高,但在負載較重的情況下,由于協(xié)議在有沖突時會暫停一段隨機時間后重試發(fā)送,這樣就影響數(shù)據(jù)的實時性。這對實時性要求非常嚴格的工業(yè)控制網(wǎng)絡來說是不能容忍的,而且以太網(wǎng)所用的設備,包括接插件(connector)、集線器(hub)、交換機(switcher)和電纜等是為辦公室應用而設計的,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,不具備本質安全性能,且不能向現(xiàn)場儀表供電。但是隨著技術的發(fā)展,100M的以太網(wǎng)目前成為主流,萬兆的以太網(wǎng)也投入實際運行,以及交換式以太網(wǎng)技術的發(fā)展,從根本上解決了以太網(wǎng)因碰撞而產生的傳輸時間隨機性較大的問題。并且以太網(wǎng)設備生產廠商也在開發(fā)符合工業(yè)現(xiàn)場要求的設備,以滿足要求。同時,它還具備以下特點:

1、以太網(wǎng)是目前應用最為廣泛的計算機網(wǎng)絡技術,受到廣泛的技術支持。幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應用開發(fā),如JavaVisual 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)的應用最為廣泛,因此受到硬件開發(fā)與生產廠商的高度重視與廣泛支持,有多種硬件產品供用戶選擇,而且由于應用廣泛,硬件價格也相對低廉。目前以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價格只有ProfibusFF等現(xiàn)場總線的十分之一,并且隨著集成電路技術的發(fā)展,其價格還會進一步下降[34]。

3、通信速率高。目前100M的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應用,1000M以太網(wǎng)技術逐漸成熟,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)已應用多年,人們對以太網(wǎng)的設計、應用等方面有很多的經(jīng)驗,對其技術也十分熟悉。大量的軟件資源和設計經(jīng)驗可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓費用,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蟆S捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應用,使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術投入。并且,在這信息瞬息萬變的時代,企業(yè)的生存與發(fā)展在很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網(wǎng)絡,信息技術與通信技術的發(fā)展將更加迅速,更加成熟,由此保證了以太網(wǎng)技術不斷地持續(xù)向前發(fā)展。

因此,如果工業(yè)控制領域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場設備之間的通信網(wǎng)絡平臺,可以避免現(xiàn)場總線技術游離于計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展主流之外,從而使現(xiàn)場總線技術和其它網(wǎng)絡技術互相促進、共同發(fā)展,并保證技術上的可持續(xù)發(fā)展,在技術升級方面無需單獨的研究投入。今后,工業(yè)控制網(wǎng)絡必然向工業(yè)互聯(lián)發(fā)展。

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