汽车can总线协议与工控自动化以太网相比技术特性犹如天上星辰璀璨夺目
工业操控网络的技术特性与汽车CAN总线协议相比,犹如天文之星璀璨夺目!以下是对这两种技术的深入探讨:
工业操控网络的发展历程
工业操控网络随着控制系统的革新而逐渐成型。从传统的单一回路驱动到集散式数字化控制,再到现场总线和工业以太网,这些都是我们所见到的不同阶段。在早期,基地式气动外壳和电动单元组合式模仿外壳仅能对单一回路进行控制,而各个回路之间无法交流信息,每个回路都成为一个独立的孤岛,不属于网络范畴。
随着计算机技能的进步,计算机被引入到控制系统中,它不仅可以处理数据,还能够根据输入值、过程变量和其他测量值通过PID或高级算法得到操作变量并送给执行机构完成控制功能。这便是现代所说的“集成控制思想”。会集式控制由于其结构简单直接面向设备,但尚未形成网络体系。虽然将计算机引入到了会集式控制中使得一些高级算法得以实现,但是随着生产过程复杂化,软件方面需求巨大,而且软件结构杂乱,使得体系升级能力较弱;计算机工作需要汇聚多个甚至上百个回路,这就使得实时性和可靠性难以保证。
真正意义上的工业操控网络是在七十年代出现的第二代计算机控制系统——涣散型(DCS)或者称为集中-分散型(CCS)。它体现了涣散化和分层化思维。现在运用的DCS有环形、总线形和分级式等几种。但是这种体系也有显著缺陷:主机负荷重、功率低且易出故障;大量使用模拟信号传输不稳定且难于数字处理;各厂家的DCS规范互不兼容限制了整合应用。
为了克服这些不足,现场总线技能应运而生,它进一步下放了系统功能,将现场设备或现场外壳通过全数字化、全分布、可互操作、高敞开性的互联方式连接起来,是现场通讯网络与掌握体系的一个集合体,对完善面向设备自动化体系起到了巨大的推动作用。不过,由于现有的现场总线规范品种繁多且各有优势适用范围选择困难,同时若存在多种总线一起存在,由于通讯协议多样性可能导致工业操控与数据信息无缝整合变得复杂。此外在安全性、可靠性及数据传输速度等方面也存在不足。
工业以太网技能特色
以太网具有高速、高效低能耗安装容易兼容好等优点,因为它支持所有普遍使用的网络协议,所以在商业领域广泛应用。近年来,以太网进入了工控领域,形成了一套新的工控以太网技能。这主要因为自动化系需求扩展至更广泛更智能的地图上,对开放透明通讯协议提出了更高要求。
2.1 工业以太网技能优势
(1) 以太网是一个完全开放完全数字化的人类设计遵循标准规则不同制造商设备很容易联网。
(2) 以太网可以实现工控与企业信息无缝连接形成企业管控一体完整开放。
(3) 软硬件成本低廉因为该技术已非常成熟软硬件受到高度重视有各种软件开发环境硬件选择。
(4) 通讯速率快跟企业规模扩大程度加剧通信需求时常需音频视频数据传输目前10M100M快速Ethernet开始普及千兆Ethernet 技术也日益成熟10G Ethernet正在研发其速率远超当前现场总线。
(5) 可持续发展潜力大这个瞬息万变时代企业命运发展取决于快速有效通讯办理即信息技术与通信技性能不断迅速老练确保不断向前拓展。
然而,在实时性的问题上,以TCP/IP作为基础的是非实时介质访问方法,即CSMA/CD。当发生冲突,就必须重新发送,最多尝试16次后失败。这付出时间换取解决冲突。一旦出现断开,只要几秒钟就会造成整个生产停止乃至人身安全事故。这种方法很难满足工业对实时性的要求,这也是Industrial Ethernet进入工场环境中的挑战之一。而对于适应能力以及可靠度的问题,以太网最初设计用于办公室条件,而不是恶劣生产环境,因此在恶劢干扰严峻的情况下,其性能可能受损。而对于应用层协议的问题,现在Internet中的应用层标准并不适用于工业进程间即时通讯因此还需要界定一致标准。此外,从安全角度考虑,如今 Industrial Ethernet 需要考虑物理安全问题,如易燃爆炸风险作业场所,以及防止病毒黑客攻击等互联网威胁的问题。