现场总线转向以太网络

　　Ethernet网络出现于1975年，随后3COM公司致力于使以太网的使用成为一个多供应商标准，并于1982年制定成为IEEE802.3标准的第一版本。1990年2月该标准被国际标准化组织所采纳，正式成为ISO/IEC8802.3国际标准。在这期间，Ethernet从最初10Mbps以太网过渡到100Mbps快速以太网和交换式以太网，直至发展到今天的千兆以太网和光纤以太网。可以说，开放的Ethernet是二十多年来发展最成功的网络技术，并导致了一场信息技术的革命。Ethernet网的快速发展和广泛应用有力地推动了高技术芯片和系统的开发，从而大大提高了网络性能，降低了系统成本。

　　过去人们一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，在工业自动化领域只能得到有限应用，这是由于：

　　·Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式，在网络负荷较重(在于40％)时，网络的确定性(Determinism)不能满足工业控制的实时要求；

　　·Ethernet所用的接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switches)和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求；

　　·在工厂环境中，Ethernet抗干扰性能较差。若用于危险场合，以太网不具备本质安全性能；

　　·Ethernet网还不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。

　　随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了促进Ethernet在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会(Industrial Ethernet Association)，并与美国ARC Advisory Group、AMR Research研究中心和Gartner Group等机构合作开展工业以太网关键技术的研究。
　　为了解决在无间断的工业应用领域，网络在极端条件下稳定地工作，美国Synergetic Micro System公司和德国Hirschmann公司专门开发和生产导轨式收发器系列、集线器系列和交换机系列，它们安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电；接插件采用牢固的DB－9结构。美国NET Silicon公司研制的工业以太网通信接口芯片，每片已降至10～15美元，与各种现场总线芯片相比，价格具有极大优势。

　　在工业控制系统中，所谓网络的确定性是指通过网络传送的数据必须在确定的时间内到达目的地。假设一个PID调节器通过网络从现场变送器收集数据，为了调节PID回路，需要有非常一致的采样时间，而且这些时间必须是确定的。对于这样的实时控制要求，通常要求网络的时间延迟小于2～4ms。为此，美国电力研究院(EPRI，Palo Alto.Calif.)对12Mbps Profibus－DP现场总线、带有集线器快速100Mbps Ethernet网和带有开关集线器的10Mbps Ethernet网进行了网络确定性测试和验证。测试结果表明，两种Ethernet网的确定性都小于4ms，而Profibus－DP总线满足不了4ms要求。实际上，Profibus－DP在100m电缆段时通信速率可达12Mbps，在电缆长度为1200m时速率急剧下降为9.6kbps。现在的工业以太网现场总线采用一种称作连接装置(Linking Device)的类似带有开关的集线器结构，很好地解决了Ethernet的时间确定性问题。