以太网——所有人都在谈论它。与现场总线出现时一样，如今的市场上出现了很多类似的以太网版本，这并不令人感到奇怪。而且这样的版本还有继续蔓延的趋势……

　　随着基于以太网的系统的出现，似乎现场总线之间的战争又以一种新的方式开始了？这样的观点看起来比较激进，但是当人们看到市场上形形色色的系统之间发生的激烈角逐时，难免会提出这样的疑问。在专业杂志上，在展览会上，充斥着各种各样的支持以太网的系统，令用户们目不暇接。所有的系统都在承诺或暗示它们在控制层面和现场层面之间的兼容性。未来的办公室中会不会出现一种具有主导地位的工业自动化系统？这已经成为一个问题。一项题为“现场总线系统的应用”的市场研究结果表明，在不久的将来，以太网很有可能会代替现有的现场总线系统。但是，如果真的是这样的话，哪种以太网系统会占领市场呢？这些不同的系统之间到底有什么区别呢？下面这些系统或设计都在为了用户的利益而竞争：

　　　　Profinet

　　Profinet是一个由Profibus用户组织经营的基于以太网的通讯系统。Profinet有两种不同的类型：

　　用于连接固定周边设备的Profinet I/O

　　用于自动化设备模块化结构的Profinet CBA（基于组件的自动化）

　　对于时间性不强的数据（约100ms），Profinet CBA使用TCP/IP线缆（非实时线缆，NRT）来进行数据交换。而时间性较强的数据（约10…5ms）则通过实时线缆（RT线缆）来传输。Profinet I/O在周期性运行中通过实时线缆来完成数据交换。为了满足性能方面的最高需求（比如运动控制领域），Profinet I/O使用了等时性实时通讯（IRT）。这样就可以让总线循环周期达到几百微秒的水平。

　　　以太网/IP

　　以太网/IP是开放式设备供应商协会（ODVA）提出的理念，它将美国两家大型总线系统，即ControlNet和DeviceNet统一起来。以太网/IP以IEEE 802.3以太网标准为基础，并使用交换机。这种办公室标准已经通过一般工业协议（CIP）扩展到工厂自动化领域中了。

　　　　EtherCAT

　　EtherCAT是由Beckhoff公司研发的一种技术，它使用的是Ethernet-Frame标准，但是它的通讯形式与标准有所区别。在EtherCAT中，所有的数据都是在变化更新的过程中进行处理的，也就是说Ethernet-Frame（框架）连续通过每一个伺服设备，而伺服设备则从框架中获取自身特定的输出数据数据，并将自身的输入数据添加到框架中去。此时的电信号只会发生几纳秒的延迟。EtherCAT是由EtherCAT Technology Group（Ethernet技术集团）提供支持的。

　　　　Modbus/TCP

　　Modbus/TCP是工业以太网通讯中的先驱之一。该协议是施耐德电气研发的Modbus协议的延伸，目前由Modbus-IDA组织提供支持和进一步研发。

　　　　Ethernet Powerlink

　　Ethernet Powerlink（EPL）最初是由贝加莱（B&R）公司开发出来的。它的基础是以太网标准802.3。随着混合“轮流检测-时间片段法”的扩展，时间性强的数据就可以在精确等时的极短周期内完成传输，并且可以对时间设定进行调节。但是时间性不强的，也就是非实时性的数据也需要进行传输。Ethernet Powerlink中包含了CANopen协议中最关键的成分。Ethernet Powerlink是由Ethernet Powerlink Standardization Group（Ethernet Powerlink标准化集团）提供支持的。

　　　　JetSync

　　该协议是由Jetter公司设计出来的，它的基础是非实时模式下的TCP/IP通讯。它可以说明，不同的工业以太网解决方案之间存在着多么大的差别。“最早”的以太网是在70年代开发出来的，主要用于办公室领域。它当时的目标就是用网络通讯来代替点对点的通讯方案，并且大力提升通讯能力。它最初主要处理的是大规模非实时性数据的传输。这种通讯形式的基础是CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）原理。这就意味着，凡是与以太网相连的站点都是平等的。每个站点都可以与另外任意一个站点进行通讯。当多个参与者同时发送讯号时，使用线缆就可能会出现冲突，但这些冲突可以进行检测和控制。然而这些冲突还是会引起工作表现的不确定性，这对于自动化任务而言是不利的。使用适当的网络拓扑，同时应用一些相应的基础元件，比如交换机，可以降低出现这种冲突的可能性。对于自动化领域内的通讯方案而言，

　　表现的确定性以及快速的反映都是非常重要的要求。此外，在自动化领域内的通讯任务中，传输中小型的数据量占据着主导地位。从这一点上人们可以看出，最初的以太网并不能满足工业应用的实际需求。除此之外，在许多企业中，当人们将办公室部门与自动化部门通过网络联结起来时，会出现很多权限问题。在很多企业中，典型的IT部门是负责办公室区域的，而技术部门则负责维护自动化设备，此时引进以太网，可能就会引发利益冲突。网络安全是另外一个重要的问题，尤其是在全局性的以太网方案中，更需要重视这一点。在如今这个因特网时代里，来自外部的威胁显然无处不在：病毒、蠕虫和木马已经给我们带来了可怕的损失——在工业领域中也不例外。很难想象，如果这些现象大规模地出现在自动化领域内，将会是怎样一幅可怕的图景。

　　目前，与现场总线方案相比，系统费用也是阻碍以太网应用的一大因素。系统费用包括布线组件、基础设施组件（例如交换机）和纯粹的以太网输入/输出组件的费用，其数额远远高于现场总线设备的费用。现场总线系统，包括Profibus、Interbus和DeviceNet等等，是专门针对工业自动化领域中的需求研发出来的。与以太网相比，传统的现场总线的净数据传输率也具有明显的优势，因为它的协议系统开销要少得多。一个以太网框架本身就包括26比特的协议系统开销，而它传输的用户数据最少为46比特，最多为1500比特。如果用户数据少于46比特，那么以太网控制器会自动补充数据量。这个例子也证明，以太网看上去根本不适合进行自动领域中的输入/输出信息的传递。

　　在自动化领域进行数据传输时，通常纯输入/输出数据通讯的数据量只有几个比特，而使用以太网框架则至少会传输72比特。从这一点上来看，很难将其称为有效的数据传输，而且也无法考虑净数据传输率的问题。与办公室领域相比，对工业以太网系统的布线元件也有着截然不同的要求。在办公室通讯中，通常会使用一般的RJ45连接器和廉价的跳线。但是在工业领域中，对这些元件的要求显然要高很多。耐冷却剂、耐润滑剂、耐油等特性，以及牵引链特性等等，都是对线缆提出的额外要求。此外，对于工业领域中的连接器而言，机械坚固性、较高的保护级别和抗震性等等都是强制性的要求。尽管以太网的设计各有千秋，但是在物理层面上，它们的传输物理学原理却没有区别。

　　当然，它们也分别应用了不同的方法，以便让这种传输物理学原理更加适应工业上的要求。某些公司也许会试图对办公室中常见的RJ45连接器进行改造，使其适应工业中的需求。另一些公司则会使用在工业中得到实践认可的M12端口。对RJ45连接器进行不同的改造之后，彼此之间是不能兼容的。而M12连接器则是统一的，可以相互兼容。除此之外，PNO（Public Network Operator，公用网络运营商）、ODVA（Open DeviceNet Vendor Association开放式设备网络供货商协会）以及IAONA(Industrial Automation Open Networking Alliance,工业自动化开放网络联合会)除了使用种类繁多的RJ45产品之外，都决定使用带有机械D-Coding的M12连接器。各种类型的M12连接器在各个组织中都是一致的，而各个组织中的RJ45连接器则未必兼容。

　　今天，现场总线系统的普通用户并不了解这些内容，因为每家企业都想建立自己的新技术。所以，现在很多用户都会自然而然地提出这样的问题：我到底应该使用哪种系统？它的优势在哪里？昨天现场总线是不是唯一选择？今天的以太网是不是唯一选择？如果是，那么未来的唯一选择又会是什么呢？所有这些都会让用户变得非常无所适从。哪种通讯系统会成为将来的主流，最终决定权仍然在用户手中。

　　过去曾经用于支持基于以太网的自动化解决方案的论据，比如利用办公室领域中的主流技术，现在对于很多方案而言已经过时了。事实上有很多反例，比如ProfiNet就必须使用专门的交换机技术，这样才能支持框架的优先权。对于设备制造商而言，这就意味着在办公室中大量应用的以太网控制器无法应用到工业领域中去。人们必须使用专业的Asic解决方案。这一点对设备价格的影响是负面的。

　　　　总结

　　很显然，市场的力量对基于以太网的系统的未来走向和扩展发挥着举足轻重的作用，它可以让各种方案实现协调统一。但是在实践过程中，这种新技术还存在着很多亟待解决的问题，这样才能真正廓清前进道路上的障碍。所以说，现场总线的时代还远没有过去，而且它还会在很长时间内继续存在。强大的利益集团和未来工业自动化技术的产品多样化，都会对这种技术的价格决策造成深刻的影响。