PROFIBUS总线、CAN总线及工业以太网的简要比较与应用方案分析

PROFIBUS总线、CAN总线及工业以太网的应用探讨

姜勇刚

通信作者：冯震（指导教师）

（湖北师范学院机电与控制工程学院湖北黄石435000）摘要：本文主要介绍了PROFIBUS总线，CAN总线及工业以太网各自的的特点与不足，对三者的网络协议规范进行比较。探讨了工业应用中的两种方案：PROFIBUS与工业以太网结合应用—Profinet；CAN与工业以太网并存组网。展望了工业以太网在工业网络控制中的发展趋势。

关键词：PROFIBUS CAN 工业以太网工业网络控制

The discuss and application among PROFIBUS, CAN BUS and

Industrial Ethernet

Jiang Yong-gang

Communication author: Feng Zhen (teacher)

(Electrical and control engineering department Hubei Normal University Huangshi China 435000) Abstract: This article mainly introduced the PROFIBUS, CAN bus and Industrial Ethernet their respective advantages and disadvantages of the three network agreement standard for comparison. Discusses two kinds of industrial applications: PROFIBUS gets new development ——Profinet; CAN coexist with industrial Ethernet make new mixed network. Industrial Ethernet is prospected in industrial network control in development trend.

Keywords: PROFIBUS CAN Industrial Ethernet Industrial Control

0 引言

现场总线（Fiedldbus）是80年代末国际上发展起来的现场智能设备互联通讯网络，目前已成为世界上自动化技术的研究热点，据不完全统计，各类总线有四十多种[1]。

工业控制领域要完成现场自动化设备的数字通讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换，一般采用成熟的现场总线。其中，过程现场总线（PROFIBUS－PROCESS PFIELDBUS ）和控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）依靠各自的优良特性和开放性，被认为是最有前途的两种总线[2]。它们的使用领域有所不同，PROFIBUS主要用于制造业自动化，电力、楼宇自动化，而CAN主要应用与交通工具、医疗仪器等的制造方面[3]。工业以太网是传统以太网在工业领域的得到的延伸应用，由于其应用的广泛性和技术的先进性，已经逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制的中上层的信息管理与通信，并逐步向工业控制现场发展。

1 PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网的比较

1.1 PROFIBUS现场总线的优势及存在的问题

（1）优势

PROFIBUS总线速度较快，组态配置灵活，可以实现总线供电。PROFIBUS的网络协议是按照ISO颁布的OIS标准七层参考为基础，对于3至6层进行了简化，因此它的适应性非常的强。PROFIBUS的3种模块（FMS、DP和PA）可以适应不同的应用对象和通讯速率的要求，开放性好[5]。PROFIBUS现场总线技术根据不同的应用对象可以灵活的选取3种不同规格的总线系统进行组合，混合的系统可以方便的在一

根电缆上同时操作，不用加任何转换装备[8]。PROFIBUS具有本征安全的优势，在维修和接通或断开时也不会影响其他站点的工作[7]。

（2）存在的问题

PROFIBUS的参数不容易设定，在网络增加删除节点时需要进行逻辑环重构，所以不适应节点数目频繁变化的场所，限制其只可以在过程自动化及车间级的通讯等领域。

1.2 CAN现场总线的特点及局限性

（1）特点

CAN现场总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。主要表现在CAN为多主方式工作；CAN总线的节点分成不同的优先级；采用非破坏仲裁技术；报文采用短帧结构，数据出错率极低；节点在错误严重的情况下可以自动关闭输出[7]。

（2）局限性

CAN现场总线作为一种面向工业底层控制的通信网络，其局限性也是显而易见的。说先，他不可以与Internet互联，不可以实现远程的信息共享。其次，她不依与上位机直接接口，接口卡的价格是比较昂贵的。CAN总线的通信距离与信息传输速率没有没法和工业以太网相比[4]。

1.3 工业以太网的长处与不足

（1）长处

基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式网络，由于其组成的系统兼容性和互操作性好，资源共享能力强，可以实现将控制现场的数据与通讯系统的资源共享；数据的传输的距离远，传输速率高；易于Internet 连接，成本低，易组网，与计算机，服务器的接口十分方便，技术支持广泛。

（2）不足

以太网采用的是带有冲突的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD），无法保证数据传输的实时性要求；存在安全可靠性的问题，由于以太网的超时重发机制，单点的故障可以造成整个网络的瘫痪；目前的以太网抗干扰能力不强，很难适应环境恶劣的工业现场；本质安全问题，在易燃易爆的工业环境必须要采用安全防爆技术。总线供电问题，环境恶劣的场合，总线供电有着积极的意义[3][6]。

1.4 三者网络协议规范比较

PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网网络协议规范都遵循了ISO/OSI参考模型的基本层次结构。他们使用了OSI模型的最低两层，即物理层和数据链路层，但是三者在各层的物理实现和通信的机理有着比较大的差别。他们的各层在具体网络协议比较如下表：

表1 PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网网络协议规范的比较