以太网在控制领域应用如何?车载以太网物理层详述

以太网是一种局域网技术，通过以太网，可以实现智能设备之间的通信。为了增进大家对以太网的认识，本文将对车载以太网的物理层以及以太网在工业控制领域中的应用予以介绍。如果你对以太网具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、车载以太网物理层

参照OSI模型, 车载以太网在物理层, 即第1、第2层采用了博通公司的Broad R-Reach技术, Broad R-Reach的物理层 (PHY) 技术由OPEN (一对以太网) 联盟推动, 因此有时也被称为OPEN联盟Broad R-Reach (OABR) 。

Broad R-Reach提供标准以太网的MAC层接口, 因而能够使用与其它以太网类型相同的数据链路层逻辑功能及帧格式, 能够通过与其他以太网类型相同的方式运行高层协议和软件。Broad R-Reach利用两组编码和信令方法将MAC层100 Mb/s的数据流转换成66Mbaud/s的三元信号, 可使100 Mb/s的数据速率能够在较低的频率范围内实现, 从而使得Broad R-Reach以较低的布线成本实现高数据速率。Broad R-Reach在单对非屏蔽双绞线上传输差分信号, 与CAN等其他车载网络类似, 同时Broad R-Reach能够为网络提供电流隔离, 其接地偏移额定值高达2500V。

Broad R-Reach支持全双工通信, 可使一条链路上的两个车载以太网节点能够同时发送和接收数据。Broad R-Reach利用先进的数字信号处理技术实现一条链路上的两个节点能够同时在该链路中发送和接收数据, 包括使用混合电缆等特殊设备和回音抵消等技术, 使各以太网节点能够区分发送和接收的数据。

二、以太网在工业控制领域中的应用状况

一般来讲，工业以太网是专门为工业应用环境设计的标准以太网。工业以太网在技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，工业以太网和标准以太网的异同可以比之与工业控制计算机和商用计算机的异同。以太网要满足工业现场的需要，需达到以下几个方面的要求。

(1) 适应性，包括机械特性(耐振动、耐冲击)、环境特性(工作温度要求为-40~+85℃，并耐腐蚀、防尘、防水)、电磁环境适应性或电磁兼容性EMC应符合EN50081-2、EN50082-2标准。

(2) 可靠性，由于工业控制现场环境恶劣，对工业以太网产品的可靠性也提出了更高的要求。

(3) 本质安全与安全防爆技术，对应用于存在易燃、易爆与有毒等气体的工业现场的智能装备以及通信设备，都必须采取一定的防爆措施来保证工业现场的安全生产。现场设备的防爆技术包括隔爆型(如增安、气密、浇封等)和本质安全型两类。与隔爆型技术相比，本质安全技术采取抑制点火源能量作为防爆手段，可以带来以下技术和经济上的优点：结构简单、体积小、重量轻、造价低;可在带电情况下进行维护和更换;安全可靠性高;适用范围广。实现本质安全的关键技术为低功耗技术和本安防爆技术。

由于目前以太网收发器本身的功耗都比较大，一般都在六七十mA(5V工作电源)，因此低功耗的现场设备(如工业现场以太网交换机、传输媒体以及基于以太网的变送器和执行机构等)设计难以实现。因此，在目前的技术条件下，对以太网系统采用隔爆防爆的措施比较可行。另一方面，对于没有严格的本安要求的非危险场合，则可以不考虑复杂的防爆措施。

(4) 安装方便，适应工业环境的安装要求，如采用DIN导轨安装。

由于以太网无可争议的优势，将以太网应用于工业自动化领域正成为人们关注的热点。介绍了企业信息化系统的分层结构，分析了以太网用于工业领域要解决的一些问题，展示了以太网工业应用现状，并展望其发展前景。

DCS一般由操作站级、过程控制级和现场仪表三级组成，其特点是“集中管理，分散控制”，基本控制功能在过程控制级中，工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到较低的程度，且各种软硬件技术不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而迅速成为工业自动控制系统的主流。但DCS的结构是多级主从关系，底层相互间进行信息传递必须经过主机，从而造成主机负荷过重，效率低下，并且主机一旦发生故障，整个系统就会“瘫痪”。而且DCS是一种数字—模拟混合系统，现场仪表仍然使用传统的4～20mA模拟信号，工程与管理成本高，柔性差。

进入90年代，具有数字化的通信方式、全分散的系统结构、开放的互联网络、多种传输媒介和拓扑结构、高度的环境适应性等特点的现场总线(Fieldbus)技术迅速崛起并趋向成熟，控制功能全面转入现场智能仪表，而在此基础上形成的新的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能化、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。

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