現場(chǎng)總線(xiàn)控制器選型經(jīng)常困擾工程師，圍繞TSN 和現場(chǎng)總線(xiàn)的應用，多種接口協(xié)議和數據傳輸速率，應用工程師歸納出8各選型要點(diǎn)。現場(chǎng)總線(xiàn)一般應用大規模聯(lián)網(wǎng)，常用的硬件接口為POWERBUS,RS485，CAN等，常用的軟件為MODBUS或者自擬的簡(jiǎn)單應答輪訓式。聯(lián)網(wǎng)成本低。工業(yè)以太網(wǎng)一般用TCP/IP協(xié)議，常見(jiàn)的硬件接口為網(wǎng)口，聯(lián)網(wǎng)成本高。
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現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)
現場(chǎng)總線(xiàn)系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路，現場(chǎng)儀表一對一地分別進(jìn)行連線(xiàn)的結構形式，把集散控制系統(DCS)中處干控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現場(chǎng)智能儀表，加上現場(chǎng)智能儀表具有通信能力，因而控制系統的基本功能不依賴(lài)控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場(chǎng)完成，實(shí)現了徹底的分散控制?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統既是一個(gè)開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò )，又是一種全分布的控制系統，它把作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的智能儀表連接成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現基礎控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優(yōu)化的綜合功能，是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通信、網(wǎng)絡(luò )為主要內容的綜合技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)系統具有以下特點(diǎn):
(1)一對n結構 一對傳輸線(xiàn)，N臺儀表，雙向傳輸多個(gè)信號，這使得接線(xiàn)簡(jiǎn)單，工程周期短，安裝費用低。若增加現場(chǎng)控制設備或現場(chǎng)儀表，只需并行掛接到電纜上，無(wú)須架設新的電纜。
(2)可靠性高 數字信號傳輸抗干擾能力強，精度高，無(wú)需采用抗干擾和提高精度的措施。
(3)可控狀態(tài) 操作員在控制室既可了解現場(chǎng)控制設備或現場(chǎng)儀表的工作狀況，也能對其參數進(jìn)行調整，還可預測或尋找故障，使現場(chǎng)控制設備或控制儀表始終處干操作員的遠程監控和可控狀態(tài)，提高了系統的可靠性、可控性和可維護性。
(4)互換性 用戶(hù)可自由選擇不同制造商提供的現場(chǎng)控制設備或現場(chǎng)儀表，并將不同品牌的儀表通過(guò)總線(xiàn)互連，即使某臺儀表出現故障，換一其他品牌的同類(lèi)儀表也可昭常工作，實(shí)現“即接即用”。
(5)互操作性 用戶(hù)可把不同制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進(jìn)行統一組態(tài)，構成所需的控制回路，不至因集成不同品牌的產(chǎn)品而在硬件或軟件上增加額外投資。
(6)綜合功能 現場(chǎng)儀表既有檢測、變換和補償功能，又有控制和運算功能，一表多用，節省成本。
(7)分散控制 控制站功能分散在現場(chǎng)儀表中，通過(guò)現場(chǎng)儀表就可以構成控制回路，實(shí)現了徹底的分散控制，提高了系統的分散性、自治性和靈活性。
(8)統一組態(tài) 由于現場(chǎng)控制設備或現場(chǎng)儀表都引入了功能塊的概念，所有廠(chǎng)商都使用相同的功能塊，并統一組態(tài)方法，使得組態(tài)非常簡(jiǎn)單，用戶(hù)不必因現場(chǎng)控制設備或儀表的種類(lèi)不同而帶來(lái)組態(tài)方法不同，進(jìn)行不同組態(tài)方法及編程語(yǔ)言的學(xué)習。
(9)開(kāi)放式系統 現場(chǎng)總線(xiàn)為開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò )，所有技術(shù)和標準都是公開(kāi)的，所有制造商都必須遵循，用戶(hù)可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò )，既可與同層網(wǎng)絡(luò )互連，又可與不同層網(wǎng)絡(luò )互連。此外，用戶(hù)可極其方便地共享數據庫。
TSN和現場(chǎng)總線(xiàn)
TSN 和現場(chǎng)總線(xiàn)并非只能二選一。它們是兼容的，經(jīng)常一起使用，都采用與時(shí)間同步有關(guān)的概念。然而，PROFINET、EtherNet/IP 和 EtherCAT 等現場(chǎng)總線(xiàn)以不同的方式實(shí)現同步。PROFINET 使用精確時(shí)間控制協(xié)議 (PTCP)。EtherCAT 使用分布式時(shí)鐘，采用專(zhuān)用和相關(guān)的寄存器進(jìn)行同步。
PROFINET 和 EtherNet/IP 包括 IEEE 以太網(wǎng)學(xué)習橋作為基礎交換技術(shù)。因此，這些協(xié)議現在可以調整 TAS 和幀搶占的擴展，以使用標準的 TSN 硬件。EtherNet/IP 使用 UDP 數據包進(jìn)行數據交換，與 TSN 交換層兼容。對于由可編程實(shí)時(shí)單元工業(yè)通信子系統 (PRU-ICSS) TSN 解決方案支持的數據，PROFINET 支持直接第二層緩沖模型。
TSN 設計支持至少與 EtherCAT 和 PROFINET 及其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議一樣短的周期時(shí)間。當升級到千兆位以太網(wǎng)時(shí)，TSN 預計會(huì )超過(guò)其他協(xié)議的性能。EtherCAT 中對確定性流量的支持僅限于特殊類(lèi)型的數據包。EtherCAT 和 TSN 相結合可以提高靈活性。例如，圍繞同步，TSN 增加了多主控能力。這三種協(xié)議以不同的方式提供冗余。TSN 使用平行冗余協(xié)議 (PRP) 和 IEC 62439-3 中定義的高可用性無(wú)縫冗余 (HSR) 協(xié)議等技術(shù)實(shí)現零損耗冗余。
TSN 不包括應用層，也不在應用層面上挑戰現場(chǎng)總線(xiàn)。例如，在機器層面仍使用 EtherCAT 的情況下，用交換機將機器互連，可以創(chuàng )建一個(gè)具有 TSN 功能的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。TSN-EtherCAT 集成網(wǎng)絡(luò )不是將技術(shù)混合，而是定義了無(wú)縫集成：使用兩種技術(shù)并實(shí)現每種技術(shù)的最佳性能。
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