在工业自动化背景下，如制造工厂和装配线，计算系统用于替代在决策过程中对人力参与的需要。例如，在可乐工厂无需操作员通过操作机器向碳酸瓶内填充正确碳酸化的二氧化碳，而机器本身可以编程完成此任务。

这种制造方法有几个优点：
※ 提高生产力：机器能够以比人类更高的速度执行任务

※ 提高产品质量：编程完善的机器可以避免人为错误
※ 利润更高：机器能更快和更高质量完成生产
※ 灵活性更高：生产变更无需培训
※ 改善安全性：危险性、重型设备工况下人力参与较少
※ 宕机少：在系统性能降低前可检测到中断或性能错误，即主动服务模式。

注意，这些优点依赖于正常运行的确定性协议（仅允许基于输入数据的限定性功能和结果）。长期以来，传统 CAN (控制器局域网)依赖于这种方式。然而，以太网对工业环境的适应性，提供更高的数据吞吐量和标准通信软件已经开始挑战这一状况。

CAN 简介

CAN 是一种通信硬件，允许在没有计算机中介的系统部分之间进行通信。这个概念类似于今天的物联网，其中像我们的智能手机这样的设备可以用于打开我们的房间灯，或者打开我们的房门，而不用电脑作为中介。在汽车工业（CAN 总线应用广泛的行业）中，诸如防抱死制动器、发动机或燃料喷射系统的电子控制单元（ECU）之间互相通信比较容易，从而使车辆的性能大化。

在工业自动化中，该通信过程可用于在机器人臂的各部分之间传递信息以执行制造任务，或者基于线速度的变化而调整机械性能，以及各种各样的其它复杂的自动化制造和生产过程，也可以通过这种内部通信方式来检测和诊断系统中的错误。而且，可以在任何给定的时间内发送多个报文，CAN 协议确定每个报文的优先级，从而使得各个部件之间通信流畅。

CAN 协议——可靠性

CAN 被认为是传送实时数据可靠的方法之一。该特点被认为是协议的优点之一，可以说是确定适合工业自动化的系统时考虑的重要因素之一。在制造过程中，不可靠的数据通信可以直接影响生产，导致难以完成对时间敏感的计划任务，无法确保产品质量。通信故障也可能是由于错误未被发现，导致较小的维护问题（如手臂松动）变成更大的问题（如产品或机械的损坏）。传统CAN的可靠性是通过多种因素实现的，包括不可能发生的报文冲突和非常短暂的错误恢复时间，它保证了生产中不会出现大量延迟或设备损坏。但是，这个 CAN 协议并不是没有缺陷。
CAN 的主要缺点之一是，相对于网络的延伸长度（可以传送信息的距离），协议的比特率范围有限（信息被传送的速度）。传统 CAN 通信可以在 40 米的电缆长度上达到每秒 1 Mbps。值得注意的是，可以通过使用高性能CAN驱动器与标准晶体振荡器相结合来扩展电缆长度或比特率——用户只需要了解应用程序可以承受哪些延迟。虽然这个“限制”过去并没有对传送过程造成明显的中断，但它们被工业以太网的比特率和网络长度所超越。

工业以太网的兴起

20 世纪 70 年代开发的以太网现在是网络通信的标准。该系统允许我们的设备相互 “交流”，工业以太网符合“工业应用的以太网”。这种数据通信方法利用以太网系统在自动机器部件之间发送信息，这种形式的以太网与其传统形式不同，其使用专门的确定性协议来保证具有较高可能性的期望结果。（例如，快速且准确地填充 CO2 到汽水瓶）。
与传统 CAN 相比，工业以太网在更高的网络布线长度下提供高速数据传送（高达 100 Mbps），允许每秒收集更多可以轻松连接到 “云” 的数据。而且，虽然其比 CAN 可靠性低，但以太网的专业性覆盖面更广，与 Linux 或 Windows 相结合使用时可支持大量的软件。然而，这些优点并不就表示不存在任何问题。

※ 效率问题
尽管数据传送快速，工业以太网在转移效率上并不够。
以太网帧大小最小为 80 字节，46 字节数据。当传送如今在传统 CAN 通信帧中使用的数据长度 0 到 8 字节时，仍然存在大量的系统开销。这种附属属性会使数据传输效率降低，尽管该技术拥有令人称赞的比特率。
※ 安全问题
由于需要一个 IP 地址，工业以太网是一种不全的传输数据的方法。虽然传送的数据类型通常比我们通过自己的以太网接口传输的信息敏感性要低些，但是系统控制更容易被网络攻击（想象如果整个操作由于病毒而被关闭，那么受破坏的制造工厂会面临怎样的结果），即便有防火墙、路由器、网桥以及其它可确保以太网连接安全的安全保护方法，但它们无法确保。
※ 隐性成本
虽然集成在 MCU 中的以太网控制器的价格与传统 CAN 相似，但价格中并未涉及改装成本。由于在工业自动化中广泛使用CAN，配置以太网系统需要大量更改。另外，还有确保这项技术免受外部威胁的成本必须考虑在内。工业以太网相对较新，这意味着目前还没有一个单一的系统处于主导位置。举些比较夸张的例子，想想 VHS 对 Betamax 或 MiniDisc 对 CD。那些与错误技术看齐的人会为追赶付出更多的代价，对于工业自动化，系统迟早会面临昂贵的升级。

CAN FD工业应用

CAN FD (具有灵活数据速率的 CAN) 是 CAN 的新版本。CAN FD 的改进是通过提供约8Mbps速率甚至电缆长度在40米以上来解决有限的比特率问题。CAN FD 还可确保在单个报文中传输更大的数据块（ 64 个字节），使“实时”数据更加接近瞬时，同时保持系统的安全性。对工业以太网升级的价格斟酌的用户来说，CAN FD 控制器可用于现有使用的 CAN 系统，这样工业自动化升级变得简单而且成本较低。虽然在各个行业中其尚未得到广泛使用，但 CAN FD 的改进使其成为工业自动化中非常有吸引力的选择。

CAN和以太网融为一体

虽然 CAN 和工业以太网通常被认为是不协调的，但是这两个系统可以适应一起工作，CAN 转以太网网关允许两个协议之间进行通信。这些网关将 CAN 置于通信的核心位置，但它们允许将以太网包含在有用的位置。虽然 CAN 转以太网网关以前被认为繁琐而且难以集成，但是该技术的新改进版本开始进入市场。例如，用于定位、拆卸和更换集装箱港口大型集装箱的运输终端起重机，使用 Ethercan（一种轻便的 CAN 转以太网网关）来连接到终端操作系统。这允许操作员可得到高速以太网端口访问实时的 CAN 所收集的起重机数据（例如轮胎压力、燃料水平和负载重量）。监管人员也可以在某一集中位置快速收到此数据，以确保所有运输终端起重机发挥功能。如果检测到问题（例如轮胎压力低），可以在问题由小变大之前快速解决。更方便的是这个 CAN 数据可以远程实时访问，因此世界各地对其有兴趣的都可以查看整个集装箱港的信息。

结论

传统 CAN 和工业以太网都为工业自动化提供了一系列解决方案。然而，以太网自身的缺点，如连接安全性较差以及缺乏行业标准，使得该技术难以被认可。现在，CAN 已证实的可靠性使其成为工业应用的选择。此外，CAN FD 提升的性能以及将其集成到现有系统中的便利性使其成为工业以太网广泛更换 CAN 系统的强大挑战者。随着 CAN 转以太网兼容性更简易的网关的兴起，将这两者的优势结合起来提供更长远的解决方案即将应运而生。

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