Ethernet与现场总线器

了全模拟式仪表、智能仪表、具有通信功能的智能仪表、现场总线仪表等几个阶段。其中，全模拟式仪表是将传感器信号进行调理放大后，经过V/I电路转换，输出4—20mA或0—5V的模拟信号。其后随着计算机技术的发展，微处理器在仪器仪表中得到了广泛应用，过程变量经调理放大、A/D采样，转换为数字信号，并经过微处理器的运算、补偿等处理后，再通过D/A、V/I等电路，仍然以4—20mA或0—5V的模拟信号输出，这种智能仪表相对于全模拟仪表来讲，测量精度得到大大提高，但信号传输过程仍然容易受到外界电磁干扰，传输精度和可靠性都不高。于是，人们在仪器仪表中增加了通信接口(如RS232/485等)，以数字通信的方式代替模拟信号传输。但由于这些通信标准只规定了物理层上的电气特性，而对于数据链路层及其以上各高层协议规范，则没有统一定义，致使不同生产厂家的仪器仪表由于通信协议的专有与不兼容而无法实现相互之间的信息互访。为解决这个问题，必须使这些网络的通信标准进行统一，组成开放互连系统，于是就产生了现场总线。其次，现场总线的产生也反映了企业管控一体化信息集成的要求。

因此，从20世纪80年代开始，各种现场总线相继产生，其中主要的有：基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Network)、局部操作网络Lon Works(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)以及DeviceNet、ControlNet、P-NET,等等。

面对如此之多的现场总线，用户如何选择?为解决这个问题，国际电工委员会IEC在1984年就开始筹备制定单一现场总线国际标准。然而，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，围绕着现场总线技术的标准进行了一场大战，最后经过多方妥协，于1999年年底通过了包含FF、Profibus等八种总线在内的IEC61158，没有实现制定单一标准的目标。这个结局表明，在今后相当长一段时间内多种现场部线将并存，控制网络的系统集成与信息集成会面临复杂的局面。无论是最终用户还是制造商，普遍都在关注现场总线技术的发展新动向，都有在寻求高性能低成本的解决方案。

在各种现场总线的竞争中，以Ethernet为代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技术正成为现场总线发展中新的亮点。

3、为什么以前不用Ethernet作现场总线?

Ethernet(Ethernet)最初是在1973年由Dr Robert Metcacfe领导的小组在Xerox Palo Aleto Research Park研制出来的，应用于微型计算机系统商业网络终端。后几经修改，1983年出版了的IEEE802.3标准，它和1985年发布的ISO8802.3标准是相同的。

Ethernet采用星型或总线型结构，传输速率为10M、100M、1000M甚至更高，传输介质为屏蔽(非屏蔽)双绞线、光纤、同轴电缆等。

Ethernet区别于其他网络(如令牌网、令牌环网、主从式网络等)的重要特点是，它采用的介质访问控制方法—CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，冲突检测载波监听多点访问)是一种非确定性或随机性通信方式。其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络;如果两个或更多的节点监听到网络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长度的进间后重新发送。16次碰撞后，控制器将停止发送并向节点微处理器回报失败信息。

在网络负荷较高时，Ethernet上存在的这种碰撞成了主在的问题，因为它极大地影响了Ethernet的数据吞吐量和传输延时，并导致Ethernet实际性能的下降。由于在一系列碰撞后，报文可能会丢失，因此节点与节点之间的通信将无法得到保障。Ethernet的这种CSMA/CD介质访问机制导致了网络传输延时和通信响应的“不确定性”。

而对于工业现场控制网络，Ethernet的这种通信“不确定性”会导致通信延迟的“不确定性”，并导致系统控制性能下降，控制效果不稳定，甚至会引起系统振荡;在有紧急事件信息需要发送时，还会因报警信息不能及时得到响应，而导致灾难事件的发生，并成了它应用于工业控制网络的主要障碍。

Ethernet没有用于现场总线的另外一个重在原因是，作为工业现场智能设备的核心组成部分—微处理器，在20世纪80年代时还处于初期发展阶段，功能简单，数字处理力不强，不能处理Ethernet上“捆绑”使用的TCP/IP协议。

4、Ethernet正逐渐进