工業(yè)以太網(wǎng)總線供電

　　隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)在各領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，而且其設(shè)備成本不斷下降，速度也不斷提高。由于具有無可比擬的價(jià)格與速度優(yōu)勢，百兆及千兆以太網(wǎng)己成為世界范圍內(nèi)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使以太網(wǎng)技術(shù)費(fèi)用大幅降低，高度集成化也同時(shí)降低了網(wǎng)絡(luò)硬件的費(fèi)用。以太網(wǎng)技術(shù)的穩(wěn)定性可靠性都得到檢驗(yàn)，能夠完全勝任控制環(huán)境中對實(shí)時(shí)性、可靠性、抗干擾性的嚴(yán)格要求。在與傳統(tǒng)現(xiàn)場總線的對比測試中，以太網(wǎng)顯示出了明顯的優(yōu)勢，可以滿足控制系統(tǒng)各個(gè)層次的要求。于是很多廠家提出了基于傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線的方案。

　　然而，由于傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用了沖突檢測載波偵聽多路訪問((CSMD/CD)機(jī)制。同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，各個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備共享傳輸介質(zhì)，在總線競爭時(shí)都處于相同地位，會(huì)造成不確定的延時(shí)等問題。也就是說，傳統(tǒng)以太網(wǎng)是一種非確定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，直接用作工業(yè)現(xiàn)場總線會(huì)存在一些問題。于是人們就對傳統(tǒng)以太網(wǎng)進(jìn)行改造或在傳統(tǒng)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，提出了基于以太網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線的方案，由此誕生了POWERLINK, EtherCAT, EPA, NCUC-Bus, EtherMAC, SERCOS,EtherNetlIP, ModBusTCP, ProfinetSRT, MECHATROLINK等這些工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)。其中EPA為浙大中控等單位聯(lián)合提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)總線標(biāo)準(zhǔn);NCUC-Bus為華中數(shù)控等多家單位組成的“機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)聯(lián)盟”聯(lián)合制定的國產(chǎn)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);EtherMAC為本文作者所在的課題組山大數(shù)控中心自主開發(fā)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線技術(shù)，當(dāng)前己成功應(yīng)用到多個(gè)數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。

　　現(xiàn)場總線的優(yōu)勢

　　（1）節(jié)省硬件與投資

　　由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感器控制報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等，也不需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，并可減少控制室的占地面積。

　　（2）節(jié)省安裝費(fèi)用

　　現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)和安裝的工作量，據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測算資料表明可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。

　　（3）節(jié)省維護(hù)開銷

　　由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，診斷維護(hù)信息以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量。

　　（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán):用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)，避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而被“框死”了使用設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在用戶手中。

　　（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性:由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差，同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

　　工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

　　工業(yè)以太網(wǎng)采用商用以太網(wǎng)技術(shù)，并根據(jù)采用環(huán)境和條件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)保證在電源抗波動(dòng)范圍、機(jī)箱防塵防潮、故障自愈、工作可靠性、芯片工作溫度、穩(wěn)定性及電磁兼容性等方面有更好的性能和特點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢： [2]

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（1）應(yīng)用廣泛

　　以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎所有的編程語言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)。

　　（2）通信速率高

　　10, 100 Mbps的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，1Gbps以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線最高速率只有12Mbps。顯然，以太網(wǎng)的速率要比傳統(tǒng)現(xiàn)場總線要快的多，完全可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長的帶寬要求。

　　（3）成本低廉

　　以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格較之現(xiàn)場總線網(wǎng)卡要便宜得多(約為1/10)；另外，以太網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面有很多經(jīng)驗(yàn)，具有相當(dāng)成熟的技術(shù)。大量的軟件資源和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用，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。