工業乙太網匯流排一般來講是指技術上與商業乙太網(即工EEE802. 3標準)兼容，但在產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實用性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能套用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串列多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數位化、多點通信的底層控制網路。它在製造業、流程工業、交通、樓宇等方面的自動化系統中具有廣泛的套用前景。
基本介紹
- 中文名：工業乙太網匯流排
- 外文名：Industrial Ethernet bus
- 協定：TCP/IP協定
- 優勢：數據在區域網路的共享
- 套用：遠程控制
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背景
隨著控制、計算機、通信和網路技術的發展，乙太網技術在各領域得以廣泛套用，而且其設備成本不斷下降，速度也不斷提高。由於具有無可比擬的價格與速度優勢，百兆及千兆乙太網己成為世界範圍內套用的標準。半導體技術的發展使乙太網技術費用大幅降低，高度集成化也同時降低了網路硬體的費用。乙太網技術的穩定性可靠性都得到檢驗，能夠完全勝任控制環境中對實時性、可靠性、抗干擾性的嚴格要求。在與傳統現場匯流排的對比測試中，乙太網顯示出了明顯的優勢，可以滿足控制系統各個層次的要求。於是很多廠家提出了基於傳統乙太網技術來實現現場匯流排的方案。
然而，由於傳統乙太網採用了衝突檢測載波偵聽多路訪問((CSMD/CD)機制。同一網路環境下，各個接入網路的設備共享傳輸介質，在匯流排競爭時都處於相同地位，會造成不確定的延時等問題。也就是說，傳統乙太網是一種非確定的網路系統，直接用作工業現場匯流排會存在一些問題。於是人們就對傳統乙太網進行改造或在傳統乙太網基礎上加以改進，提出了基於乙太網技術來實現現場匯流排的方案，由此誕生了POWERLINK, EtherCAT, EPA, NCUC-Bus, EtherMAC, SERCOS,EtherNetlIP, ModBusTCP, ProfinetSRT, MECHATROLINK等這些工業實時乙太網技術。其中EPA為浙大中控等單位聯合提出的具有自主智慧財產權的國產匯流排標準;NCUC-Bus為華中數控等多家單位組成的“工具機數控系統現場匯流排技術聯盟”聯合制定的國產現場匯流排標準;EtherMAC為本文作者所在的課題組山大數控中心自主開發的實時乙太網匯流排技術，當前己成功套用到多個數控系統、工業機器人等運動控制領域。
優勢
現場匯流排的優勢
（1）節省硬體與投資
由於現場匯流排系統中分散在現場的智慧型設備能直接執行多種感測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器、計算單元等，也不需要DCS系統的信號調理、轉換、隔離等功能單元及其複雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，從而節省了一大筆硬體投資，並可減少控制室的占地面積。
（2）節省安裝費用
現場匯流排系統的接線十分簡單，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，可就近連線在原有的電纜上，既節省了投資，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約安裝費用60%以上。
（3）節省維護開銷
由於現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，並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，診斷維護信息以便早期分析故障原因並快速排除，縮短了維護停工時間，同時由於系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。
（4）用戶具有高度的系統集成主動權:用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統，避免因選擇了某一品牌的產品而被“框死”了使用設備的選擇範圍，不會為系統集成中不兼容的協定、接口而一籌莫展，使系統集成過程中的主動權牢牢掌握在用戶手中。
（5）提高了系統的準確性與可靠性:由於現場匯流排設備的智慧型化、數位化，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，由於系統的結構簡化，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，提高了系統的工作可靠性。
工業乙太網的優勢
工業乙太網採用商用乙太網技術，並根據採用環境和條件進行改進設計保證在電源抗波動範圍、機箱防塵防潮、故障自愈、工作可靠性、晶片工作溫度、穩定性及電磁兼容性等方面有更好的性能和特點。工業乙太網的優勢：
（1）套用廣泛
乙太網是套用最廣泛的計算機網路技術，幾乎所有的程式語言都支持乙太網的套用開發。
（2）通信速率高
目前，10, 100 Mbps的快速乙太網已開始廣泛套用，1Gbps乙太網技術也逐漸成熟，而傳統的現場匯流排最高速率只有12Mbps。顯然，乙太網的速率要比傳統現場匯流排要快的多，完全可以滿足工業控制網路不斷增長的頻寬要求。
（3）成本低廉
乙太網網卡的價格較之現場匯流排網卡要便宜得多(約為1/10)；另外，乙太網已經套用多年，人們對乙太網的設計、套用等方面有很多經驗，具有相當成熟的技術。大量的軟體資源和設計經驗可以顯著降低系統的開發和培訓費用，降低系統的整體成本，並大大加快系統的開發和推廣速度。
套用前景
目前，國外對乙太網作為控制匯流排的研究已經進入開發階段。惠普公司套用工EEE1451. 2標準，生產嵌入式乙太網控制器具有lOBase-T乙太網接口，運行FTP/HTTP/TCP/UDP協定，套用於感測器、驅動器等現場設備。幾個主要的現場匯流排組織也在制定基於乙太網的現場匯流排協定，如工ndnstrial Ethernet Association(IEA)等主要現場匯流排系統製造商也在積極進行現有現場匯流排和乙太網無縫集成的標準制定和技術開發工作。
在許多領域，已經將工業乙太網用於實際工程。在美國德克薩斯州的某實驗室中進行測試的HSE連線器技術就是其中的一例。在這個現場岩石控制系統中，數個H1現場匯流排網段通過連線器連線到HSE主幹網上。H1現場設備控制著水位、流量和其他迴路，還監視了許多測量量如溫度等。其中，HSE主機用來組態和監控連線器及H1設備。每個H1網段有它自己的鏈路活動調度器(LAS, LinkActive Scheduler)，這些LAS存在於連線器中，負責各H1網段的鏈路調度。LAS使H1網段在HSE主機脫離主幹網的情況下仍能工作。所有或部分HSE網路和設備通過非冗餘、鬆散式冗餘和緊湊式冗餘方式，達到容錯目的。
用發展的眼光看，為實現乙太網向現場級的延伸，除了改進乙太網的通信協定外，還需要解決網路的本安防爆、匯流排供電等技術問題。另外乙太網層次複雜，在傳輸、處理數據時效率不如現場匯流排高。只有當這些問題解決之後，乙太網技術才會真正成為現場匯流排的主角。
將乙太網和現場匯流排相結合是未來控制技術發展的一種趨勢。隨著技術的改進，標準的建立和對信息集成要求的不斷提高，乙太網技術套用於現場匯流排的優勢將越來越明顯。它將在電力自動化、樓宇自動化、家庭自動化等原先為現場匯流排統治的領域中，引發又一次的革新。現場匯流排開創了工業控制開放性的時代，而乙太網技術會把開放型的思想在更高的管理與決策層而上得以實現。
