现场总线 [工业以太网在现场总线的应用]

工业以太网在现场总线控制系统中的应用

陈平张安年（洛阳工学院）

摘要：分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景，

指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控

制的要求，提出了在现场总线中应用工业以太网的研究

课题，并给出了一个工业以太网应用实例。

关键词：电力网络分析;总线式结构;控制系统

一、前言

现场总线控制系统（fcs）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20ma模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：fcs将成为21世纪控制系统的主流。

然而就在人们沸沸扬扬的对fcs进行概念炒作的时候，却没有注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一，这使得各厂商的仪表设备难以在不同的fcs中兼容。此外，fcs的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线（ff）正在制定的国际标准［1］为例，它采用了iso的参考模型中的3层（物理层、数据链路层和应用层）和极具特色的用户层［2］，其低速总线h1的传输速度为31.25kbps，高速总线h2的传输速度为1mbps或

2.5mbps，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。由于上述原因，使fcs在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。当人们冷静下来对这些问题进行思考时，不禁想起了在商业网络中广泛应用的以太网。

以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。但是传统以太网采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测（csma/cd）通讯方式［3］，在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。研究表明［4］：商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型以太网—工业以太网。

二、工业以太网的研究现状

近年来控制与通讯工程师们致力于新型工业以太网的研究工作，其中有代表性的是ff制定的快速以太网标准，其传输速度为100mbps。综观工业以太网的研究现状，出现了两个值得注意的发展方向［5］：以太网集线器和具有实时功能的以太网的协议。

1、以太网集线器

ff将以太网技术加入到h2协议中，并以它作为h2的底层协议，其网络采用星型拓朴结构，如图1所示。