Ethernet與現(xiàn)場總線器

面對如此之多的現(xiàn)場總線，用戶如何選擇?為解決這個問題，國際電工委員會IEC在1984年就開始籌備制定單一現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一場大戰(zhàn)，最后經(jīng)過多方妥協(xié)，于1999年年底通過了包含F(xiàn)F、Profibus等八種總線在內(nèi)的IEC61158，沒有實現(xiàn)制定單一標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。這個結(jié)局表明，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)多種現(xiàn)場部線將并存，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成與信息集成會面臨復(fù)雜的局面。無論是最終用戶還是制造商，普遍都在關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展新動向，都有在尋求高性能低成本的解決方案。

在各種現(xiàn)場總線的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點。

3、為什么以前不用Ethernet作現(xiàn)場總線?

Ethernet(Ethernet)最初是在1973年由Dr Robert Metcacfe領(lǐng)導(dǎo)的小組在Xerox Palo Aleto Research Park研制出來的，應(yīng)用于微型計算機(jī)系統(tǒng)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)終端。后幾經(jīng)修改，1983年出版了的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，它和1985年發(fā)布的ISO8802.3標(biāo)準(zhǔn)是相同的。

Ethernet采用星型或總線型結(jié)構(gòu)，傳輸速率為10M、100M、1000M甚至更高，傳輸介質(zhì)為屏蔽(非屏蔽)雙絞線、光纖、同軸電纜等。

Ethernet區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)(如令牌網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、主從式網(wǎng)絡(luò)等)的重要特點是，它采用的介質(zhì)訪問控制方法—CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，沖突檢測載波監(jiān)聽多點訪問)是一種非確定性或隨機(jī)性通信方式。其基本工作原理是：某節(jié)點要發(fā)送報文時，首先監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，如網(wǎng)絡(luò)忙，則等到其空閑為止，否則將立即發(fā)送，并同時繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò);如果兩個或更多的節(jié)點監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)空閑并同時發(fā)送報文時，將發(fā)生碰撞，同時節(jié)點立即停止發(fā)送，并等待一段隨機(jī)長度的進(jìn)間后重新發(fā)送。16次碰撞后，控制器將停止發(fā)送并向節(jié)點微處理器回報失敗信息。

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高時，Ethernet上存在的這種碰撞成了主在的問題，因為它極大地影響了Ethernet的數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸延時，并導(dǎo)致Ethernet實際性能的下降。由于在一系列碰撞后，報文可能會丟失，因此節(jié)點與節(jié)點之間的通信將無法得到保障。Ethernet的這種CSMA/CD介質(zhì)訪問機(jī)制導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和通信響應(yīng)的“不確定性”。

而對于工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，Ethernet的這種通信“不確定性”會導(dǎo)致通信延遲的“不確定性”，并導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能下降，控制效果不穩(wěn)定，甚至?xí)鹣到y(tǒng)振蕩;在有緊急事件信息需要發(fā)送時，還會因報警信息不能及時得到響應(yīng)，而導(dǎo)致災(zāi)難事件的發(fā)生，并成了它應(yīng)用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主要障礙。

Ethernet沒有用于現(xiàn)場總線的另外一個重在原因是，作為工業(yè)現(xiàn)場智能設(shè)備的核心組成部分—微處理器，在20世紀(jì)80年代時還處于初期發(fā)展階段，功能簡單，數(shù)字處理力不強(qiáng)，不能處理Ethernet上“捆綁”使用的TCP/IP協(xié)議。

4、Ethernet正逐漸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域

盡管Ethernet是一種隨機(jī)性網(wǎng)絡(luò)，但由于其技術(shù)比較簡單、完全公開，能很快被大家接受，通過不斷改進(jìn)、提升，市場占有率(特別是辦公自動化OA領(lǐng)域的市場占有率)越來越大，而成本卻越來越低，進(jìn)而變成主流，即使IBM力推Token Ring(令牌環(huán)網(wǎng))架構(gòu)也已難擋此潮流。據(jù)VDC調(diào)查報告，如今已有約93%以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有Ethernet接口。