摘要：本文就以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀及前景、以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等熱點(diǎn)問題，從技術(shù)比較出發(fā)，發(fā)表了個(gè)人看法。本文認(rèn)為：以太網(wǎng)在工廠管理層、車間監(jiān)控層將成為主流技術(shù)，與互連網(wǎng)技術(shù)結(jié)合是未來eManufactory技術(shù)基礎(chǔ); 在沒有嚴(yán)格時(shí)間要求的設(shè)備層也將獲得一定的發(fā)展；但對(duì)一般工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要求實(shí)時(shí)性、確定性通信場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還將處于主導(dǎo)地位；我們必須學(xué)會(huì)面對(duì)一個(gè)多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并存的現(xiàn)實(shí)世界。  
關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)  現(xiàn)場(chǎng)總線  PLC 
 
前言:
　　
    以太網(wǎng)及TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)獲得了很大的成功, 成為IT行業(yè)應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。近年來，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作沒有達(dá)到人們理想中的結(jié)果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)逐步在自動(dòng)化行業(yè)中得到應(yīng)用，并發(fā)展成為一種技術(shù)潮流。
　　
    以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)該區(qū)分為兩個(gè)方面問題，或者說兩個(gè)層次的問題。一是工廠自動(dòng)化技術(shù)與IT技術(shù)結(jié)合，與互連網(wǎng)Internet技術(shù)結(jié)合，成為未來可能的制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)雛形。大多數(shù)專家們對(duì)自動(dòng)化技術(shù)這種發(fā)展趨勢(shì)給予肯定的評(píng)價(jià)。另一個(gè)方面，即以太網(wǎng)能否在工業(yè)過程控制底層，也就是設(shè)備層或稱為現(xiàn)場(chǎng)層廣泛應(yīng)用？ 能否成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這些問題實(shí)為目前自動(dòng)化行業(yè)專家們爭(zhēng)論的熱點(diǎn)。本文將只就這一問題,從以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)比較出發(fā),談?wù)剛€(gè)人看法。
　　
1． 以太網(wǎng)指的是什么
　　
    什么是“以太網(wǎng)”？以及相關(guān)的IEEE 802.3及TCP/IP技術(shù)? 這對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程師可能是基本常識(shí)，但我們自動(dòng)化技術(shù)工程師未必清楚。在討論以太網(wǎng)與自動(dòng)化技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之前,有必要先澄清一下這幾個(gè)基本術(shù)語的含義。筆者查閱了有關(guān)資料，現(xiàn)將有關(guān)“以太網(wǎng)”、IEEE 802.3及TCP/IP相關(guān)的技術(shù)背景摘要如下:
　　
（1） 以太網(wǎng)：
　　
    ?1975年: 美國(guó)施樂（Xerox）公司的Palo Alto研究中心研制成功[METC76]，該網(wǎng)采用無源電纜作為總線來傳送數(shù)據(jù)幀，故以傳播電磁波的“以太（Ether）”命名。
　　
    ?1981年：美國(guó)施樂（Xerox）公司+數(shù)字裝備公司（Digital）+英特爾（In）公司聯(lián)合推出以太網(wǎng)（EtherNet）規(guī)約[ETHE80]
　　
    ?1982年：修改為第二版，DIX Ethernet V2
　　
    因此：“以太網(wǎng)”應(yīng)該是特指“DIX Ethernet V2”所描述的技術(shù)。
　　
（2） IEEE802.3
　　
    ?80年代初期: 美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE 802委員會(huì)制定出局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu), 即IEEE 802參考模型.
　　
    IEEE 802參考模型相當(dāng)于OSI模型的zui低兩層:
　　
    ?1983年：IEEE 802 委員會(huì)以美國(guó)施樂（Xerox）公司+數(shù)字裝備公司（Digital）+英特爾（In）公司提交的DIX Ethernet V2為基礎(chǔ)，推出了IEEE802.3
　　
    ?IEEE802.3又叫做具有CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)）的網(wǎng)絡(luò)。CSMA/CD是IEEE802.3采用的媒體接入控制技術(shù)，或稱介質(zhì)訪問控制技術(shù)。
　　
    因此: IEEE802.3 以“以太網(wǎng)”為技術(shù)原形，本質(zhì)特點(diǎn)是采用CSMA/CD 的介質(zhì)訪問控制技術(shù)。“以太網(wǎng)”與IEEE802.3略有區(qū)別。但在忽略網(wǎng)絡(luò)協(xié)議細(xì)節(jié)時(shí), 人們習(xí)慣將IEEE802.3稱為”以太網(wǎng)”。
    與IEEE 802 有關(guān)的其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：
    IEEE 802.1—概述、體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測(cè)量。
    IEEE 802.2—邏輯鏈路控制LLC。zui高層協(xié)議與任何一種局域網(wǎng)MAC子層的接口。
    IEEE 802.3—CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)，定義CSMA/CD總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。
    IEEE 802.4—令牌總線網(wǎng)。定義令牌傳遞總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。
    IEEE 802.5—令牌環(huán)形網(wǎng)。定義令牌傳遞環(huán)形網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。
    IEEE 802.6—城域網(wǎng)。
    IEEE 802.7—寬帶技術(shù)。
    IEEE 802.8—光纖技術(shù)。
    IEEE 802.9—綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)。
    IEEE 802.10—可互操作的局域網(wǎng)的安全。
    IEEE 802.11—無線局域網(wǎng)。
    IEEE 802.12—優(yōu)先高速局域網(wǎng)（100Mb/s）。
    IEEE 802.13—有線電視（Cable-TV）
　　
（3） TCP/IP協(xié)議
　　
    ?TCP/IP是多臺(tái)相同或不同類型計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換的一套通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議組的準(zhǔn)確名稱應(yīng)該是internet協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個(gè)協(xié)議。而internet協(xié)議族TCP/IP還包含了與這兩個(gè)協(xié)議有關(guān)的其它協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）、地址轉(zhuǎn)化協(xié)議（ARP）和互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）。由于TCP/IP是internet采用的協(xié)議組，所以將TCP/IP體系結(jié)構(gòu)稱作internet體系結(jié)構(gòu)。
    ?以太網(wǎng)是TCP/IP使用zui普遍的物理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上TCP/IP各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：令牌總線、令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）、SLIP（串行線路IP）、PPP（點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）、X2.5數(shù)據(jù)網(wǎng)等。　　
    由于TCP/IP是世界上zui大的Internet采用的協(xié)議組，而TCP/IP底層物理網(wǎng)絡(luò)多數(shù)使用以太網(wǎng)協(xié)議，因此，以太網(wǎng)+TCP/IP成為IT行業(yè)中應(yīng)用zui普遍的技術(shù)。
　　
    本文主題中所提到的“以太網(wǎng)”，按習(xí)慣主要指IEEE 802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來表示。
　　
2．以太網(wǎng)為什么會(huì)進(jìn)入自動(dòng)化行業(yè)
　　
    以太網(wǎng)+TCP/IP作為辦公網(wǎng)、商務(wù)網(wǎng)在IT行業(yè)中獨(dú)霸天下，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)。但為什么近年來會(huì)逐步向自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展，形成與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的局面？回顧近年來自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展, 可以了解到其中的原委。
　　
（1） 自動(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制發(fā)展到工廠自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化
　　
    近年來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展使人們認(rèn)識(shí)到，單純提高生產(chǎn)設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化水平，并不一定能給整個(gè)企業(yè)帶來好的效益；因此，企業(yè)給自動(dòng)化技術(shù)提出的進(jìn)一步要求是：將整個(gè)工廠作為一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的*經(jīng)濟(jì)效益。因此，有了現(xiàn)代制造自動(dòng)化模型，所以說自動(dòng)化技術(shù)由單機(jī)自動(dòng)化發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化。
    自動(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制向工廠自動(dòng)化FA、系統(tǒng)自動(dòng)化方向發(fā)展。制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)提出了數(shù)字化通信及信息集成的技術(shù)的要求;即要求應(yīng)用數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠信息縱向的透明通信。
　　
（2）工廠底層設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成、車間底層數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)是信息集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)為滿足工廠上層管理對(duì)底層設(shè)備信息的要求, 工廠車間底層設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成是實(shí)現(xiàn)全廠FA/CIMS的基礎(chǔ)。工廠自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：工廠管理級(jí)、車間監(jiān)控級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)
　　　　
（3） 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生
　　
    現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldBus）是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用,為車間底層設(shè)備信息及生產(chǎn)過程信息集成提供了通信技術(shù)平臺(tái).圖4是工廠底層應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全廠信息縱向集成的透明通信,即從管理層到自動(dòng)化底層的數(shù)據(jù)存取.
　　　　
（4） 現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一ROFIBUS技術(shù)
　　
    ROFIBUS技術(shù)是1987年由Siemens公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)；1989年批準(zhǔn)為德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245（PROFINUS-FMS/-DP）；1996年批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170 V.2 （PROFIBUS-FMS/-DP）；1999年P(guān)ROFIBUS成為標(biāo)準(zhǔn) IEC 61158 的組成部分（Type III）.
　　
    PROFIBUS技術(shù)為設(shè)備層提供了PROFIBUS-DP和-PA技術(shù)，為車間層提供了PROFIBUS-FMS技術(shù)。
　　
    ?PROFIBUS-DP是設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線, 用于控制器（如PLC、PC、NC）與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備（如驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)設(shè)備、HMI等）之間的通信總線； 
　　
    ?設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有高速（12M）、實(shí)時(shí)、確定、可靠特點(diǎn)（如-DPV2可用于運(yùn)動(dòng)控制），傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較小。
　　
    ?PROFIBUS-PA也是設(shè)備層總線，具有IEC61158-2的物理層，可實(shí)現(xiàn)總線供電，并有本質(zhì)安全技術(shù)。 
　　
    ?PROFIBUS-FMS車間級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線，主要用于車間級(jí)設(shè)備監(jiān)控。主要完成車間生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)過程監(jiān)控、車間級(jí)生產(chǎn)管理、車間底層設(shè)備及生產(chǎn)信息集成。車間級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線具有傳輸數(shù)據(jù)量大、應(yīng)用層信息規(guī)范完整等特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求不高。
（5）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158
　　
    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念，面對(duì)自動(dòng)化行業(yè)千變?nèi)f化的現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)不同廠家不同種類產(chǎn)品的互連，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作至關(guān)重要。為此， IEC委員會(huì)于1984年提出制定現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC1158（即IEC61158）。
　　
    A． IEC 61158目標(biāo)：IEC1158的目標(biāo)是制定面向整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。為此，根據(jù)不同行業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的需求不同，將自動(dòng)化技術(shù)分為五個(gè)不同的行業(yè)；見圖6：IEC1158的目標(biāo)。IEC61158是要制定出一部滿足工業(yè)自動(dòng)化五大行業(yè)不同應(yīng)用需求的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　
    B．妥協(xié)的結(jié)果
　　
    經(jīng)過十幾年的努力，1998年，對(duì)IEC 61158 （TS）進(jìn)行投票。由于IEC 61158 （TS）只包含了Process Control部分，因此，IEC 61158 （TS）沒有通過投票，自動(dòng)化行業(yè)期待了十多年的統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的努力失敗。1999年12月，IEC61158放棄了原有設(shè)想，通過妥協(xié)方案，即： 以IEC 61158 （TS）+ Add.Protocols作為IEC61158技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的方案；其中Add.Protocols包含Control Net、PROFIBUS、P-Net、FF HSE、Swift Net、WorldFIP和Interbus總線。
　　
    自動(dòng)化行業(yè)將面臨一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存的現(xiàn)實(shí)世界。
　　
    C．IEC 61158發(fā)展歷程給我們的啟示
　　
    面對(duì)當(dāng)今以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用潮流，IEC 61158發(fā)展歷程至少給了我們兩點(diǎn)啟示，這對(duì)我們能夠清醒面對(duì)現(xiàn)實(shí)頗有好處：I、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不可能滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會(huì)面對(duì)一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。II、技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不單是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。
　　
（6）以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域
　　
    IEC61158制定統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)努力的失敗，使一部分人自然轉(zhuǎn)向了在IT行業(yè)已經(jīng)獲得成功的以太網(wǎng)技術(shù)。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)，給了以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)難得的機(jī)會(huì)。積極推進(jìn)這種技術(shù)概念的如法國(guó)施耐德公司，面向工廠自動(dòng)化提出了基于以太網(wǎng)+TCP/IP的解決方案，稱之為“透明工廠”。望文生義可以理解為：“協(xié)議規(guī)范統(tǒng)一，信息透明存取”。 施耐德公司是將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠設(shè)備底層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的積極*和實(shí)踐者，已有一批工業(yè)級(jí)產(chǎn)品問世和實(shí)際應(yīng)用。
　　
3． 太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀
    目前，以太網(wǎng)工業(yè)在自動(dòng)化領(lǐng)域已有不少成功應(yīng)用實(shí)例，主要集中在以下幾個(gè)方面：
　　
    （1） 車間級(jí)生產(chǎn)信息集成：主要由生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、條碼器、PC機(jī)及以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成；主要功能是完成車間級(jí)生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。管理層信息網(wǎng)絡(luò)：即支撐工廠管理層MIS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。主要完成如ERP的信息系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)：特別是一些區(qū)域廣泛、含有計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)的SCADA系統(tǒng)，如城市供水或污水管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)、水利水文信息監(jiān)測(cè)SCADA系統(tǒng)等。個(gè)別的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：個(gè)別要求高可靠性和一定實(shí)時(shí)性的分布式控制系統(tǒng)也有采用以太網(wǎng)+TCP/IP技術(shù)，并獲得很好的效果；如水電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
    既然以太網(wǎng)已成功的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化諸多方面，既然IEC61158沒有給出一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為什么不能將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)過程控制底層，即設(shè)備層，成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這就回到了本文開篇的話題。在這個(gè)問題上，除去各公司利益代言人從公司市場(chǎng)利益出發(fā)的商業(yè)宣傳不算，就是自動(dòng)化行業(yè)專家們也是智者見智，仁者見仁，看法不盡相同。筆者從事現(xiàn)場(chǎng)總技術(shù)研發(fā)工作，習(xí)慣從技術(shù)方面將以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行比較，從而得出幾點(diǎn)看法。
　　
4. 以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的比較
　　
（1） 物理層
　　
現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
    A. 傳輸介質(zhì)：多數(shù)采用屏蔽雙絞電纜（RS-485）、光纖、同軸電纜，以解決長(zhǎng)線傳輸、數(shù)據(jù)傳輸速率和電磁干擾等問題。也有無線傳輸方案，以適應(yīng)不同場(chǎng)合需要。
    B. 插件：各種防護(hù)等級(jí)工業(yè)級(jí)的接插件。
    C． 線供電及本質(zhì)安全：如IEC61158-2，用于流程控制及要求防爆功能的場(chǎng)合。
    D. 編碼：異步 NRZ、位同步曼徹斯特編碼等。
    E. 傳輸速率：9.6k～12M 
　　
以太網(wǎng)
    A. 傳輸介質(zhì)：UTP3類線、UTP5類線、 屏蔽雙絞電纜、光纖、同軸電纜, 無線傳輸?shù)慕鉀Q方案。
    B. 插件：RJ45、AUI、BNC
    C. 總線供電及本質(zhì)安全：無。
    D. 編碼：同步、曼徹斯特編碼。
    E. 傳輸速率：10M、100M 
　?。?
（2） 介質(zhì)訪問控制方式
　　
現(xiàn)場(chǎng)總線：
　　
    現(xiàn)場(chǎng)總線的介質(zhì)訪問控制方式要滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求，即通信的實(shí)時(shí)性和確定性。確定性指站點(diǎn)每次得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)間隔和時(shí)間是確定的；實(shí)時(shí)性指網(wǎng)絡(luò)分配給站點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間和間隔可以保證站點(diǎn)完成它確定的任務(wù)。
　　
    目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采用的介質(zhì)訪問控制方式主要有：令牌、主從、生產(chǎn)者/客戶（producer/consumer） 
以太網(wǎng)
　　
    CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)）是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）采用的介質(zhì)訪問控制方式，如果不是這樣就不是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）；比如采用令牌調(diào)度方式，應(yīng)是基于IEEE 802.4令牌總線網(wǎng)。
　　
   根據(jù)CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)）機(jī)理，它不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和確定性要求。由于以太網(wǎng)與CSMA/CD具有對(duì)等的技術(shù)內(nèi)涵，可以說以太網(wǎng)不是傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要求的實(shí)時(shí)性和確定性網(wǎng)絡(luò)。
　　
（3）傳輸效率：不同網(wǎng)絡(luò)對(duì)報(bào)文長(zhǎng)度有一個(gè)限制。在網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中，除了有效傳輸數(shù)據(jù)之外，還有一些作為同步、地址、校驗(yàn)等附加字段。有效數(shù)據(jù)字段與附加字段之比反映的網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩蛘哒f反映一次有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r(jià)?！　?
    
    傳輸效率=有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)/[全部附加字段長(zhǎng)+有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)]
　　
    以太網(wǎng)全部附加字段長(zhǎng)=26字節(jié)zui大有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1500字節(jié)zui小有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1字節(jié)（小于46時(shí)填0）zui大傳輸效率=1500/（1500+26）=98.3%zui小傳輸效率=1/（1+26+45）=1.39% 現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS全部附加字段長(zhǎng)=11字節(jié)zui大有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=244字節(jié)zui小有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)=1字節(jié)zui大傳輸效率=244/（244+11）=95.69%zui小傳輸效率=1/（1+11）=8.33%
　　
    工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數(shù)據(jù)量（字節(jié)） 傳輸效率 工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數(shù)據(jù)量（字節(jié)） 傳輸效率
    8 11.11% 8 42.11%
    16 22.22% 16 59.26%
    24 33.33% 24 68.57%
    32 44.44% 32 74.42%
    40 55.55/5 40 78.43%
    48 64.86% 48 81.36%
    56 68.29% 56 83.58%
    64 71.11% 64 85.33%
    128 83.11% 128 92.09%
（4） 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息規(guī)范及功能規(guī)范
　　
    現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息格式及功能描述規(guī)范稱為”行規(guī)”（Profile）, 行規(guī)可有效實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)用層互聯(lián)。
    例：PROFIBUS行規(guī)：
    ▼NC/RC行規(guī) （機(jī)器人、數(shù)控行規(guī)） 
    ▼各種速度驅(qū)動(dòng)器的行規(guī)
    ▼操作員控制和過程監(jiān)視 （HMI） 行規(guī)
    ▼對(duì)編碼器的行規(guī) 
    ▼控制器間通信的行規(guī) 
    ▼樓宇自動(dòng)化的行規(guī) 
    ▼低壓開關(guān)裝置的行規(guī) 
    ▼溫度、壓力、液位、流量變送器和定位器等行規(guī)
　　
5.以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域能走多遠(yuǎn)
　　
    以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化管理層和車間監(jiān)控層已得到廣泛應(yīng)用和用戶認(rèn)可，在設(shè)備層對(duì)實(shí)時(shí)性沒有嚴(yán)格要求場(chǎng)合也有許多應(yīng)用；如果以太網(wǎng)希望走的更遠(yuǎn)，能夠全面進(jìn)入工廠底層成為設(shè)備連接的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，那么，以太網(wǎng)必須作出技術(shù)改進(jìn)。
　　
（1） 改進(jìn)物理層
    A. 傳輸介質(zhì)應(yīng)能提供多種工業(yè)級(jí)護(hù)套和鎧裝電纜、光纖等.
    B. 各種防護(hù)等級(jí)工業(yè)級(jí)的接插件。
    C. 應(yīng)該具有總線供電及本質(zhì)安全的解決方案, 用于流程控制及要求防爆功能的場(chǎng)合。
（2） 如何滿足實(shí)時(shí)性和確定性要求? 提高帶寬、減少碰撞是zui直接的辦法，有一定效果；但“盡量的快”和“一定快”是不同的。近年來，以太網(wǎng)在CSMA/CD技術(shù)基礎(chǔ)上也有一些改進(jìn)，如應(yīng)用智能集線器、交換機(jī)技術(shù)等，但沒有從機(jī)理上保證通信的實(shí)時(shí)性和確定性。
    如何進(jìn)一步解決這個(gè)問題？無非有軟件為主和硬件為主的兩種思路；硬件方案是設(shè)計(jì)新型智能網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，希望不要一味走增加帶寬的老路；軟件解決方案是在一定帶寬資源基礎(chǔ)上，由軟件調(diào)度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、確定性通信功能。
　　
    需要指出的是，以太網(wǎng)技術(shù)存在上述缺憾，不意味著以太網(wǎng)就不能在現(xiàn)場(chǎng)層應(yīng)用，事實(shí)上以太網(wǎng)在很多對(duì)時(shí)間要求不是非?？量痰默F(xiàn)場(chǎng)層，已有很多成功應(yīng)用范例。
（3） 成本：以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)層，單站點(diǎn)成本是必需考慮的因素；與目前現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS、DeviceNet、ControlNet）產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。
　　
6.以太網(wǎng)能否取代現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
　　
    （1） 預(yù)測(cè)未來是zui艱難的事；現(xiàn)場(chǎng)總線是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備通信設(shè)計(jì)，是為自
動(dòng)化量體裁衣的技術(shù)。以太網(wǎng)設(shè)計(jì)初衷是辦公網(wǎng)，用于數(shù)據(jù)處理。從技術(shù)比較出發(fā)似乎很容易得出結(jié)論。但技術(shù)發(fā)展受社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)影響，市場(chǎng)因素很大程度左右技術(shù)走向，回顧計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，這種先例不勝枚舉。因此，以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化車間監(jiān)控層及管理層將成為主要應(yīng)用技術(shù)，特別是采用TCP/IP協(xié)議可與互連網(wǎng)Internet連接, 是未來eManufactory的技術(shù)基礎(chǔ)。在設(shè)備層，在沒有嚴(yán)格的時(shí)間要求條件下，以太網(wǎng)也可以有部分市場(chǎng)。在以太網(wǎng)能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問題之前，大部分現(xiàn)場(chǎng)層仍然會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。
    （2） 一體化與多元化并存
　　面對(duì)這樣一個(gè)多種工業(yè)總線技術(shù)并存的現(xiàn)狀，我們應(yīng)該有一個(gè)豁達(dá)的心態(tài)。哲學(xué)家告訴我們，一體化與多元化是一對(duì)互為依存的矛盾，將長(zhǎng)時(shí)間共存與競(jìng)爭(zhēng)；以太網(wǎng)反映了人們要求技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、一體化的愿望，而現(xiàn)實(shí)是不能用一種技術(shù)覆蓋各行業(yè)所有不同需求。IEC61158的發(fā)展歷程就給了我們一個(gè)深刻的啟示，我們必須學(xué)會(huì)面對(duì)一個(gè)多種工業(yè)總線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和共存的現(xiàn)實(shí)世界。
　　
7.可能的解決方案
　　 
    在面對(duì)具體問題時(shí)如何作出選擇呢？我認(rèn)為，就事論事是明智之舉。簡(jiǎn)單地說，你的項(xiàng)目使用什么技術(shù)就采用什么技術(shù)。
　　
（1）車間級(jí)生產(chǎn)信息集成更適合使用以太網(wǎng)
　　
    理由如下：
    A. 多數(shù)加工設(shè)備具有RS-232接口:如條碼機(jī), 工設(shè)備;
    B. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求不高;
    C. 與上層網(wǎng)絡(luò)的信息規(guī)范和軟件接口兼容
　　
（2） 設(shè)備級(jí)控制優(yōu)先選用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
　　
    理由如下：
    A. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求；
    B. 性: 如需要嚴(yán)格同步的運(yùn)動(dòng)控制采用Sercos、PROFIBUS-DPV2；
    C. 可靠性：工業(yè)級(jí)的傳輸層增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性；
    D. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)種類、產(chǎn)品繁多，能夠提供各種成本的解決方案。