TSN 和現場總線：選型要點
現場總線控制器選型經常困擾工程師，圍繞TSN 和現場總線的應用，多種接口協議和數據傳輸速率，應用工程師歸納出8各選型要點。現場總線一般應用大規模聯網，常用的硬件接口為POWERBUS,RS485，CAN等，常用的軟件為MODBUS或者自擬的簡單應答輪訓式。聯網成本低。工業以太網一般用TCP/IP協議，常見的硬件接口為網口，聯網成本高。
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01
現場總線的技術特點
現場總線系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路，現場儀表一對一地分別進行連線的結構形式，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智能儀表，加上現場智能儀表具有通信能力，因而控制系統的基本功能不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。現場總線控制系統既是一個開放的通信網絡，又是一種全分布的控制系統，它把作為網絡節點的智能儀表連接成自動化網絡系統，實現基礎控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化的綜合功能，是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通信、網絡為主要內容的綜合技術。現場總線系統具有以下特點:
(1)一對n結構 一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個信號，這使得接線簡單，工程周期短，安裝費用低。若增加現場控制設備或現場儀表，只需并行掛接到電纜上，無須架設新的電纜。
(2)可靠性高 數字信號傳輸抗干擾能力強，精度高，無需采用抗干擾和提高精度的措施。
(3)可控狀態 操作員在控制室既可了解現場控制設備或現場儀表的工作狀況，也能對其參數進行調整，還可預測或尋找故障，使現場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，提高了系統的可靠性、可控性和可維護性。
(4)互換性 用戶可自由選擇不同制造商提供的現場控制設備或現場儀表，并將不同品牌的儀表通過總線互連，即使某臺儀表出現故障，換一其他品牌的同類儀表也可昭常工作，實現“即接即用”。
(5)互操作性 用戶可把不同制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進行統一組態，構成所需的控制回路，不至因集成不同品牌的產品而在硬件或軟件上增加額外投資。
(6)綜合功能 現場儀表既有檢測、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儀表中，通過現場儀表就可以構成控制回路，實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 由于現場控制設備或現場儀表都引入了功能塊的概念，所有廠商都使用相同的功能塊，并統一組態方法，使得組態非常簡單，用戶不必因現場控制設備或儀表的種類不同而帶來組態方法不同，進行不同組態方法及編程語言的學習。
(9)開放式系統 現場總線為開放式互連網絡，所有技術和標準都是公開的，所有制造商都必須遵循，用戶可以自由集成不同制造商的通信網絡，既可與同層網絡互連，又可與不同層網絡互連。此外，用戶可極其方便地共享數據庫。
02
TSN 和現場總線
TSN 和現場總線并非只能二選一。它們是兼容的，經常一起使用，都采用與時間同步有關的概念。然而，PROFINET、EtherNet/IP 和 EtherCAT 等現場總線以不同的方式實現同步。PROFINET 使用精確時間控制協議 (PTCP)。EtherCAT 使用分布式時鐘，采用專用和相關的寄存器進行同步。
PROFINET 和 EtherNet/IP 包括 IEEE 以太網學習橋作為基礎交換技術。因此，這些協議現在可以調整 TAS 和幀搶占的擴展，以使用標準的 TSN 硬件。EtherNet/IP 使用 UDP 數據包進行數據交換，與 TSN 交換層兼容。對于由可編程實時單元工業通信子系統 (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 及其他工業以太網協議一樣短的周期時間。當升級到千兆位以太網時，TSN 預計會超過其他協議的性能。EtherCAT 中對確定性流量的支持僅限于特殊類型的數據包。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。這三種協議以不同的方式提供冗余。TSN 使用平行冗余協議 (PRP) 和 IEC 62439-3 中定義的高可用性無縫冗余 (HSR) 協議等技術實現零損耗冗余。
TSN 不包括應用層，也不在應用層面上挑戰現場總線。例如，在機器層面仍使用 EtherCAT 的情況下，用交換機將機器互連，可以創建一個具有 TSN 功能的工業以太網網絡。TSN-EtherCAT 集成網絡不是將技術混合，而是定義了無縫集成：使用兩種技術并實現每種技術的最佳性能。
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