以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間的通信。為了增進(jìn)大家對(duì)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)車(chē)載以太網(wǎng)的物理層以及以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、車(chē)載以太網(wǎng)物理層

參照OSI模型, 車(chē)載以太網(wǎng)在物理層, 即第1、第2層采用了博通公司的Broad R-Reach技術(shù), Broad R-Reach的物理層 (PHY) 技術(shù)由OPEN (一對(duì)以太網(wǎng)) 聯(lián)盟推動(dòng), 因此有時(shí)也被稱為OPEN聯(lián)盟Broad R-Reach (OABR) 。

Broad R-Reach提供標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的MAC層接口, 因而能夠使用與其它以太網(wǎng)類(lèi)型相同的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯功能及幀格式, 能夠通過(guò)與其他以太網(wǎng)類(lèi)型相同的方式運(yùn)行高層協(xié)議和軟件。Broad R-Reach利用兩組編碼和信令方法將MAC層100 Mb/s的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成66Mbaud/s的三元信號(hào), 可使100 Mb/s的數(shù)據(jù)速率能夠在較低的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn), 從而使得Broad R-Reach以較低的布線成本實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。Broad R-Reach在單對(duì)非屏蔽雙絞線上傳輸差分信號(hào), 與CAN等其他車(chē)載網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似, 同時(shí)Broad R-Reach能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供電流隔離, 其接地偏移額定值高達(dá)2500V。

Broad R-Reach支持全雙工通信, 可使一條鏈路上的兩個(gè)車(chē)載以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。Broad R-Reach利用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)一條鏈路上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)在該鏈路中發(fā)送和接收數(shù)據(jù), 包括使用混合電纜等特殊設(shè)備和回音抵消等技術(shù), 使各以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠區(qū)分發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。

二、以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況

一般來(lái)講，工業(yè)以太網(wǎng)是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容，工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同可以比之與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和商用計(jì)算機(jī)的異同。以太網(wǎng)要滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，需達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求。

(1) 適應(yīng)性，包括機(jī)械特性(耐振動(dòng)、耐沖擊)、環(huán)境特性(工作溫度要求為-40~+85℃，并耐腐蝕、防塵、防水)、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性EMC應(yīng)符合EN50081-2、EN50082-2標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 可靠性，由于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的可靠性也提出了更高的要求。

(3) 本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)，對(duì)應(yīng)用于存在易燃、易爆與有毒等氣體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能裝備以及通信設(shè)備，都必須采取一定的防爆措施來(lái)保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防爆技術(shù)包括隔爆型(如增安、氣密、澆封等)和本質(zhì)安全型兩類(lèi)。與隔爆型技術(shù)相比，本質(zhì)安全技術(shù)采取抑制點(diǎn)火源能量作為防爆手段，可以帶來(lái)以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、造價(jià)低;可在帶電情況下進(jìn)行維護(hù)和更換;安全可靠性高;適用范圍廣。實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的關(guān)鍵技術(shù)為低功耗技術(shù)和本安防爆技術(shù)。

由于目前以太網(wǎng)收發(fā)器本身的功耗都比較大，一般都在六七十mA(5V工作電源)，因此低功耗的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)、傳輸媒體以及基于以太網(wǎng)的變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。因此，在目前的技術(shù)條件下，對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)采用隔爆防爆的措施比較可行。另一方面，對(duì)于沒(méi)有嚴(yán)格的本安要求的非危險(xiǎn)場(chǎng)合，則可以不考慮復(fù)雜的防爆措施。

(4) 安裝方便，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的安裝要求，如采用DIN導(dǎo)軌安裝。

由于以太網(wǎng)無(wú)可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。介紹了企業(yè)信息化系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，分析了以太網(wǎng)用于工業(yè)領(lǐng)域要解決的一些問(wèn)題，展示了以太網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望其發(fā)展前景。

DCS一般由操作站級(jí)、過(guò)程控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)儀表三級(jí)組成，其特點(diǎn)是“集中管理，分散控制”，基本控制功能在過(guò)程控制級(jí)中，工作站級(jí)的主要作用是監(jiān)督管理。分散控制使得系統(tǒng)由于某個(gè)局部的不可靠而造成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害降到較低的程度，且各種軟硬件技術(shù)不斷走向成熟，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流。但DCS的結(jié)構(gòu)是多級(jí)主從關(guān)系，底層相互間進(jìn)行信息傳遞必須經(jīng)過(guò)主機(jī)，從而造成主機(jī)負(fù)荷過(guò)重，效率低下，并且主機(jī)一旦發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)“癱瘓”。而且DCS是一種數(shù)字—模擬混合系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表仍然使用傳統(tǒng)的4～20mA模擬信號(hào)，工程與管理成本高，柔性差。

進(jìn)入90年代，具有數(shù)字化的通信方式、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、多種傳輸媒介和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高度的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)技術(shù)迅速崛起并趨向成熟，控制功能全面轉(zhuǎn)入現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，而在此基礎(chǔ)上形成的新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能化、雙向、互連、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。

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