1、工業以太網技術發展現狀

 

      工業以太網是應用于工業控制領域的以太網技術，在技術上與商用以太網（即ieee 802.3標準）兼容。產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面能滿足工業現場的需要。 
      隨著互聯網技術的發展與普及推廣，使ethernet全面應用于工業控制領域成為可能。目前工業以太網技術的發展體現在以下幾個方面： 

 
（一）通信確定性與實時性

      工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數據準確定時刷新。由于ethernet采用csma/cd方式，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求，故傳統以太網技術難以滿足控制系統要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為“非確定性”的網絡。
      然而，快速以太網與交換式以太網技術的發展，給解決以太網的非確定性問題帶來了新的契機，使這一應用成為可能。首先，ethernet的通信速率從 10m、100m增大到如今的1000m、10g，在數據吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，即網絡碰撞機率大大下降。其次，采用星型網絡拓撲結構，交換機將網絡劃分為若干個網段。ethernet交換機由于具有數據存儲、轉發的功能，使各端口之間輸入和輸出的數據幀能夠得到緩沖，不再發生碰撞；同時交換機還可對網絡上傳輸的數據進行過濾，使每個網段內節點間數據的傳輸只限在本地網段內進行，而不需經過主干網，也不占用其它網段的帶寬，從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上分別同時接收和發送報文幀，也不會發生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使網絡上的沖突域不復存在（全雙工通信），或碰撞機率大大降低（半雙工），因此使ethernet 通信確定性和實時性大大提高。

（二）穩定性與可靠性
      傳統的ethernet并不是為工業應用而設計的，沒有考慮工業現場環境的適應性需要。由于工業現場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對設備的工業可靠性提出了更高的要求。在工廠環境中，工業網絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性。
為了解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定工作的問題，德國hirschmann等公司專門開發和生產了工業以太網交換機等產品，安裝在標準din導軌上，并有冗余電源供電。

（三）安全性 
      工業系統的網絡安全是工業以太網應用必須考慮的另一個安全性問題。工業以太網可以將企業傳統的三層網絡系統，即信息管理層、過程監控層、現場設備層，合成一體，使數據的傳輸速率更快、實時性更高，并可與internet無縫集成，實現數據的共享，提高工廠的運作效率。但同時也引人了一系列的網絡安全向題，工業網絡可能會受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網絡安全威脅。一般情況下，可以采用網關或防火墻等對工業網絡與外部網絡進行隔離，還可以通過權限控制、數據加密等多種安全機制加強網絡的安全管理。

2、工業以太網的優勢

（一）應用廣泛
      以太網是應用最廣泛的計算機網絡技術，幾乎所有的編程語言如visual c＋＋、java、visualbasic等都支持以太網的應用開發。

(二）通信速率高
      目前，10、100 mb/s的快速以太網已開始廣泛應用，1gb/s以太網技術也逐漸成熟，而傳統的現場總線最高速率只有12mb/s。顯然，以太網的速率要比傳統現場總線要快的多，完全可以滿足工業控制網絡不斷增長的帶寬要求。

（三）成本低廉
      以太網網卡的價格較之現場總線網卡要便宜得多（約為1/10）；另外，以太網已經應用多年，人們對以太網的設計、應用等方面有很多經驗，具有相當成熟的技術。大量的軟件資源和設計經驗可以顯著降低系統的開發和培訓費用，降低系統的整體成本，并大大加快系統的開發和推廣速度。

（四）資源共享能力強
      隨著internet/ intranet的發展，以太網已滲透到各個角落，網絡上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯人互聯網的任何一臺計算機上就能瀏覽工業控制現場的數據，實現“控管一體化”，這是其他任何一種現場總線都無法比擬的。

（五）可持續發展潛力大
      以太網的引人將為控制系統的后續發展提供可能性，用戶在技術升級方面無需獨自的研究投入，對于這一點，任何現有的現場總線技術都是無法比擬的。同時，機器人技術、智能技術的發展都要求通信網絡具有更高的帶寬和性能，通信協議有更高的靈活性，這些要求以太網都能很好地滿足。

3、工業以太網在控制領域應用現狀

      工業以太網與現場總線相比，它能提供一個開放的標準，是企業從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“自動化孤島”問題，但從目前的發展看，工業以太網在控制領域的應用主要體現在以下幾種形式。

（一）混合ethernet/fieldbus的網絡結構
      這種結構實際上就是信息網絡和控制網絡的一種典型的集成形式。以太網正在逐步向現場設備級深入發展，并盡可能的和其他網絡形式走向融合，但以太網和 tcp/ip原本不是面向控制領域的，在體系結構、協議規則、物理介質、數據、軟件、實驗環境等諸多方面并不成熟，而現場總線能完全滿足現代企業對底層控制網絡的基本要求，實現真正的全分布式系統。因此，在企業信息層采用以太網，而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的信息交換。

（二）基于web的網絡監控平臺
      嵌人式以太網是最近網絡應用熱點，就是通過internet使所有連接網絡的設備彼此互通，從計算機、pda、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業內部，可以利用企業信息網絡，進行工廠實時運行數據的發布和顯示，管理者通過web瀏覽器對現場工況進行實時遠程監控、遠程設備調試和遠程設備故障診斷和處理。實現的最簡單辦法就是采用獨立的以太網控制器，連接具有tcp/ip界面的控制主機以及具有rs-232或rs-4.85接口的現場設備。以太網控制器在這里扮演了通用計算機網絡和現場各類設備之間的一個橋梁.