自動化控制系統中現場總線與以太網的互連

以往以太網進入現場總線系統的最大障礙是以太網的不確定性，因為以太網在數據鏈路層采用CSMA/CD介質訪問控制協議，這種協議在輕載的情況下，效率極高，但在負載較重的情況下，由于協議在有沖突時會暫停一段隨機時間后重試發送，這樣就影響數據的實時性。這對實時性要求非常嚴格的工業控制網絡來說是不能容忍的，而且以太網所用的設備，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，不符合工業現場惡劣環境的要求。還有以太網抗干擾性能較差，不具備本質安全性能，且不能向現場儀表供電。但是隨著技術的發展，100M的以太網目前成為主流，萬兆的以太網也投入實際運行，以及交換式以太網技術的發展，從根本上解決了以太網因碰撞而產生的傳輸時間隨機性較大的問題。并且以太網設備生產廠商也在開發符合工業現場要求的設備，以滿足要求。同時，它還具備以下特點：

1、以太網是目前應用最為廣泛的計算機網絡技術，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，如Java、Visual C++、Visual Basic等。這些編程語言由于使用廣泛，并受到軟件開發商的高度重視，具有很好的發展前景。因此，如果采用以太網作為現場總線，可以保證多種開發工具、開發環境供選擇。

2、成本低廉。由于以太網的應用最為廣泛，因此受到硬件開發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。目前以太網網卡的價格只有Profibus、FF等現場總線的十分之一，并且隨著集成電路技術的發展，其價格還會進一步下降［34］。

3、通信速率高。目前100M的快速以太網已開始廣泛應用，1000M以太網技術逐漸成熟，萬兆以太網也已經投入使用，其速率比目前的現場總線快得多。以太網可以滿足對帶寬的更高要求。

4、軟硬件資源豐富。由于以太網已應用多年，人們對以太網的設計、應用等方面有很多的經驗，對其技術也十分熟悉。大量的軟件資源和設計經驗可以顯著降低系統的開發和培訓費用，從而可以顯著降低系統的整體成本，并大大加快系統的開發和推廣速度。

5、可持續發展潛力大。由于以太網的廣泛應用，使它的發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，企業的生存與發展在很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網絡，信息技術與通信技術的發展將更加迅速，更加成熟，由此保證了以太網技術不斷地持續向前發展。

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