工業(yè)以太網總線供電

　　隨著控制、計算機、通信和網絡技術的發(fā)展，以太網技術在各領域得以廣泛應用，而且其設備成本不斷下降，速度也不斷提高。由于具有無可比擬的價格與速度優(yōu)勢，百兆及千兆以太網己成為世界范圍內應用的標準。半導體技術的發(fā)展使以太網技術費用大幅降低，高度集成化也同時降低了網絡硬件的費用。以太網技術的穩(wěn)定性可靠性都得到檢驗，能夠完全勝任控制環(huán)境中對實時性、可靠性、抗干擾性的嚴格要求。在與傳統(tǒng)現場總線的對比測試中，以太網顯示出了明顯的優(yōu)勢，可以滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求。于是很多廠家提出了基于傳統(tǒng)以太網技術來實現現場總線的方案。

　　然而，由于傳統(tǒng)以太網采用了沖突檢測載波偵聽多路訪問((CSMD/CD)機制。同一網絡環(huán)境下，各個接入網絡的設備共享傳輸介質，在總線競爭時都處于相同地位，會造成不確定的延時等問題。也就是說，傳統(tǒng)以太網是一種非確定的網絡系統(tǒng)，直接用作工業(yè)現場總線會存在一些問題。于是人們就對傳統(tǒng)以太網進行改造或在傳統(tǒng)以太網基礎上加以改進，提出了基于以太網技術來實現現場總線的方案，由此誕生了POWERLINK, EtherCAT, EPA, NCUC-Bus, EtherMAC, SERCOS,EtherNetlIP, ModBusTCP, ProfinetSRT, MECHATROLINK等這些工業(yè)實時以太網技術。其中EPA為浙大中控等單位聯合提出的具有自主知識產權的國產總線標準;NCUC-Bus為華中數控等多家單位組成的“機床數控系統(tǒng)現場總線技術聯盟”聯合制定的國產現場總線標準;EtherMAC為本文作者所在的課題組山大數控中心自主開發(fā)的實時以太網總線技術，當前己成功應用到多個數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人等運動控制領域。

　　現場總線的優(yōu)勢

　?。?）節(jié)省硬件與投資

　　由于現場總線系統(tǒng)中分散在現場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感器控制報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的調節(jié)器、計算單元等，也不需要DCS系統(tǒng)的信號調理、轉換、隔離等功能單元及其復雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，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)省安裝費用

　　現場總線系統(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設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設計和安裝的工作量，據有關典型試驗工程的測算資料表明可節(jié)約安裝費用60%以上。

　?。?）節(jié)省維護開銷

　　由于現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行狀態(tài)，診斷維護信息以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。

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

　?。?）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性:由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，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，由于系統(tǒng)的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強，減少信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

　　工業(yè)以太網的優(yōu)勢

　　工業(yè)以太網采用商用以太網技術，并根據采用環(huán)境和條件進行改進設計保證在電源抗波動范圍、機箱防塵防潮、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。工業(yè)以太網的優(yōu)勢： [2]

?

（1）應用廣泛

　　以太網是應用最廣泛的計算機網絡技術，幾乎所有的編程語言都支持以太網的應用開發(fā)。

　?。?）通信速率高

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

　?。?）成本低廉

　　以太網網卡的價格較之現場總線網卡要便宜得多(約為1/10)；另外，以太網已經應用多年，人們對以太網的設計、應用等方面有很多經驗，具有相當成熟的技術。大量的軟件資源和設計經驗可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓費用，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。