TSN 和现场总线：选型要点

现场总线控制器选型经常困扰工程师，围绕TSN 和现场总线的应用，多种接口协议和数据传输速率，应用工程师归纳出8各选型要点。现场总线一般应用大规模联网，常用的硬件接口为POWERBUS,RS485，CAN等，常用的软件为MODBUS或者自拟的简单应答轮训式。联网成本低。工业以太网一般用TCP/IP协议，常见的硬件接口为网口，联网成本高。

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现场总线的技术特点

现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路，现场仪表一对一地分别进行连线的结构形式，把集散控制系统(DCS)中处干控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场智能仪表，加上现场智能仪表具有通信能力，因而控制系统的基本功能不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。现场总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一种全分布的控制系统，它把作为网络节点的智能仪表连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合功能，是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。现场总线系统具有以下特点:

(1)一对n结构 一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号，这使得接线简单，工程周期短，安装费用低。若增加现场控制设备或现场仪表，只需并行挂接到电缆上，无须架设新的电缆。

(2)可靠性高 数字信号传输抗干扰能力强，精度高，无需采用抗干扰和提高精度的措施。

(3)可控状态 操作员在控制室既可了解现场控制设备或现场仪表的工作状况，也能对其参数进行调整，还可预测或寻找故障，使现场控制设备或控制仪表始终处干操作员的远程监控和可控状态，提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。

(4)互换性 用户可自由选择不同制造商提供的现场控制设备或现场仪表，并将不同品牌的仪表通过总线互连，即使某台仪表出现故障，换一其他品牌的同类仪表也可昭常工作，实现“即接即用”。

(5)互操作性 用户可把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组态，构成所需的控制回路，不至因集成不同品牌的产品而在硬件或软件上增加额外投资。

(6)综合功能 现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，一表多用，节省成本。

(7)分散控制 控制站功能分散在现场仪表中，通过现场仪表就可以构成控制回路，实现了彻底的分散控制，提高了系统的分散性、自治性和灵活性。

(8)统一组态 由于现场控制设备或现场仪表都引入了功能块的概念，所有厂商都使用相同的功能块，并统一组态方法，使得组态非常简单，用户不必因现场控制设备或仪表的种类不同而带来组态方法不同，进行不同组态方法及编程语言的学习。

(9)开放式系统 现场总线为开放式互连网络，所有技术和标准都是公开的，所有制造商都必须遵循，用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可与同层网络互连，又可与不同层网络互连。此外，用户可极其方便地共享数据库。

TSN和现场总线

TSN 和现场总线并非只能二选一。它们是兼容的，经常一起使用，都采用与时间同步有关的概念。然而，PROFINET、EtherNet/IP 和 EtherCAT 等现场总线以不同的方式实现同步。PROFINET 使用精确时间控制协议 (PTCP)。EtherCAT 使用分布式时钟，采用专用和相关的寄存器进行同步。

PROFINET 和 EtherNet/IP 包括 IEEE 以太网学习桥作为基础交换技术。因此，这些协议现在可以调整 TAS 和帧抢占的扩展，以使用标准的 TSN 硬件。EtherNet/IP 使用 UDP 数据包进行数据交换，与 TSN 交换层兼容。对于由可编程实时单元工业通信子系统 (PRU-ICSS) TSN 解决方案支持的数据，PROFINET 支持直接第二层缓冲模型。

TSN 设计支持至少与 EtherCAT 和 PROFINET 及其他工业以太网协议一样短的周期时间。当升级到千兆位以太网时，TSN 预计会超过其他协议的性能。EtherCAT 中对确定性流量的支持仅限于特殊类型的数据包。EtherCAT 和 TSN 相结合可以提高灵活性。例如，围绕同步，TSN 增加了多主控能力。这三种协议以不同的方式提供冗余。TSN 使用平行冗余协议 (PRP) 和 IEC 62439-3 中定义的高可用性无缝冗余 (HSR) 协议等技术实现零损耗冗余。

TSN 不包括应用层，也不在应用层面上挑战现场总线。例如，在机器层面仍使用 EtherCAT 的情况下，用交换机将机器互连，可以创建一个具有 TSN 功能的工业以太网网络。TSN-EtherCAT 集成网络不是将技术混合，而是定义了无缝集成：使用两种技术并实现每种技术的最佳性能。

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