傳感器技能、通訊技能和計算機技能是現代信息技能的三大根底。跟著IT技能的飛速開展和工業自動化要求的不斷進步，工業操控網絡所背負的作業越來越重。與數據信息網絡不同，工業操控范疇需求一種高速廉價、實時性和敞開性好、穩定性和精確性高的網絡。以太網(Ethernet)技能支撐簡直一切的網絡協議，所以在數據信息網絡中得到廣泛應用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、敞開性高和支撐設備多等方面的優勢。近些年來，跟著網絡技能的開展和工業操控范疇對網絡功能要求越來越高，以太網正逐漸進入工業操控范疇，形成了新式的以太網操控網絡技能。工業以太網的敞開性使得工業操控網絡和企業信息網絡的無縫整合方面具有無與倫比的優勢。

1、工業操控網絡的開展

工業操控網絡的開展是伴跟著操控體系的革新而開展起來的。操控體系閱歷了基地式氣動外表操控體系、電動單元組合式模仿外表操控體系、會集式數字操控體系、集散操控體系、現場總線操控體系和近幾年盛行起來的工業以太網操控體系等六個階段。關于基地式氣動外表操控體系和電動單元組合式模仿外表操控體系只是驅動方法的改動，兩類操控體系只能對單一回路進行操控，而各個回路之間不能夠交流信息，每一個回路是一個獨立的信息孤島，并不歸于網絡的范疇。

跟著計算機技能的開展，計算機被引入操控體系，它不僅能夠完結對數據的處理操作，更主要的是能夠直接根據輸入的給定值、進程變量和進程中其他的測定值，通過PID或其它高級操控算法，得出它的操作變量即輸出值送給執行機構完結操控功用。這便是咱們所說的計算機會集操控體系(Ccs)的操控思維。會集操控體系因為其結構簡單，直接面向操控對象，尚未形成網絡體系。雖然將計算機引人操控體系使得一些高級操控算法得以完結，但是，跟著出產進程的雜亂化，軟件方面需求很大的開支，而且雜亂的軟件結構使體系的晉級才能較弱；計算機作業是需求會集操控幾十個，乃至上百個回路，這就使得體系的實時性、可靠性得不到確保。

真實含義的工業操控網絡體系是七十年代呈現的第二代計算機操控體系：渙散型操控體系DCS(也稱集散操控體系)。它是跟著網絡技能的開展而開展起來的，DCS的特色是”會集辦理，渙散操控”，這些體系完整地體現了渙散化和分層化的思維。現在所運用的DCS有環形、總線形和分級式幾種。

但是，集散操控體系也有其顯著的缺陷：

首先，結構是多級主從關系，現場設備之間相互通訊有必要經過主機，使得主機負荷重、功率低，且主機一旦發作毛病，整個體系就會潰散；

其次，它還運用大量的模仿信號，許多現場外表依然運用傳統的4—20mA電流模仿信號，傳輸可靠性差，不易于數字化處理；

第三，各體系規劃廠家的DCS擬定獨立的規范，通訊協議不敞開，極大的限制了體系的集成與應用，不利于現代跨國公司的進一步開展。

為了戰勝DES體系的技能瓶頸，進一步滿意工業現場的需求，現場總線技能應運而生，它將體系的操控功用進一步下放，現場總線網絡實踐上是一種全數字化、全渙散、可互操作、敞開式的互聯網絡。它專門用于進程自動化和制作自動化最底層的現場設備或現場外表互聯，是現場通訊網絡和操控體系的集成，現場總線的呈現對完結面向設備自動化體系起到了巨大的推動效果。

但是FE也有許多瓶頸問題：

首先，現有的現場總線規范品種過多，且各有自己的優勢和適用范圍，用戶如何取舍是比較棘手的問題；

其次，操控體系中如果有多種現場總線一起存在，因為總線通訊協議的多樣性。這樣會形成工業操控體系與數據信息網絡完結無縫集成，真實完結企業級管控一體化，體系功用組態等變得相對雜亂；

別的在實質安全、體系可靠性、數據傳輸速度等方面存在一些技能瓶頸或不契合現代企業對信息的要求。事實上，各種操控體系存在缺陷的問題最根本原因在于操控體系的敞開性差或者敞開性是有條件的，不徹底的。為了解決該問題而呈現了以TCP/I協議為根底的工業以太網技能。

下面臨工業以太網技能進行具體介紹。

2、工業以太網技能的特色

以太網具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優勢，因為它支撐簡直一切盛行的網絡協議，所以在商業體系中被廣泛選用。近些年來，跟著網絡技能的開展。以太網進入了操控范疇，形成了新式的以太網操控網絡技能。這主要是因為工業自動化體系向散布化、智能化操控方面開展，敞開的、透明的通訊協議是必然的要求。

2.1工業以太網的技能優勢

(1)Ethernet是全敞開、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備能夠很容易完結互聯；

(2)以太網能完結工業操控網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全敞開網絡，如圖2所示；

(3)軟硬件成本低價，因為以太網技能現已非常老練，支撐以太網的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支撐，有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇；

(4)通訊速率高，跟著企業信息體系規模的擴大和雜亂程度的進步，對信息量的需求也越來越大，有時乃至需求音頻、視頻數據的傳輸，現在以太網的通訊速率為10M、100M的快速以太網開始廣泛應用，千兆以太網技能也逐漸老練，10G以太網也正在研討，其速率比現在的現場總線快許多。

(5)可持續開展潛力大，在這信息瞬息萬變的年代。企業的生計與開展將很大程度上依賴于一個快速而有用的通訊辦理網絡，信息技能與通訊技能的開展將愈加迅速，也愈加老練，由此確保了以太網技能不斷地持續向前開展。

2.2工業以太網存在的一些問題

2.2.1實時性問題

在工業操控體系中，實時可界說為體系對某事情的反應時刻的可測性。也便是說，在一個事情發作后。體系有必要在一個能夠精確預見的時刻范圍內做出反映。但是，工業上對數據的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往數據的更新是在數十毫秒內完結的。而同樣因為以太網選用CSMA/CD介質訪問操控方法，其實質上是非實時的，一條總線上掛多個接點平等競爭總線，當發作抵觸的時分，就得重發數據，最多能夠嘗試16次之多。很顯著這種解決抵觸的機制是以付出時刻為代價的。而且一旦呈現掉線，那怕是只是幾秒種的時刻，就有或許形成整個出產的停止乃至是設備。人身安全事故。這種方法很難滿意工業操控范疇對實時性的要求；這也是以太網技能進入工控范疇的技能瓶頸o3.2.2適應性與可靠性：

以太網在規劃之初是按作業環境規劃的。并不是從工業網出發的。當它應用到工業現場，面臨惡劣的工況，嚴峻的線間干擾等，這些都必然會引起其可靠性降低。而在實踐工業出產環境中網絡有必要具有較好的可靠性、可恢復性、以及可維護性。即確保一個網絡體系中任何組件發作毛病時，不會導致應用程序，操作體系。乃至網絡體系的潰散和癱瘓。

2.2.3工業自動化操控的應用層協議

現在信息網絡中界說的應用層協議所界說的數據結構等特性不適合應用于工業進程操控范疇現場設備之間的實時通訊。因此，還需界說一致的應用層規范。

2.2.4實質安全和網絡安全

工業以太網如果用在易燃易爆的風險作業場所，有必要考慮實質安全問題。別的，工業以太網因為運用了TCP/IP協議，因此或許會受到包括病毒、黑客的不合法入侵與不合法操作等網絡安全威脅。

2.3以太網工業應用的解決機制

跟著網絡技能的不斷開展，以上呈現的問題現已徹底或部分得到解決。

2.3.1交流式以太網技能

為了改善以太網負載較重時的網絡擁塞問題，選用全雙工通訊，能夠徹底避免ESMA/CD中的磕碰，而且能夠方便地完結優先級機制，確保網絡帶寬的最大利用率和最好的實時功能，它徹底避免了CSMA/CD、主從、令牌等或許的低功率。

2.3.2高速抗擾以太網

咱們知道當網絡中的負載越大的時分，發作抵觸的概率也就越大。有資料顯示當一個網絡的負荷低于36%時，基本上不會發作抵觸。在負荷為1O%以下時，10M以太網抵觸機率為每五年一次。

100M以太網抵觸機率為每15年一次。但超過36%后跟著負荷的添加發作抵觸的概率是以幾何級數的速度添加的。明顯進步以太網的通訊速度，就能夠有用降低網絡的負荷。幸運的是現在以太網現已呈現通訊速率達100M/s。1G/s的高速以太網。再加上詳盡全面的規劃及對體系中的網絡結點的數量和通訊流量進行操控，和工業環境網絡設備出產廠商采取了專門的抗干擾辦法，使其愈加契合工業需求，徹底能夠選用以太網作為工業網絡。

2.3.3應用層協議方面

用戶能夠根據需求對TCP/IP協議棧進行增減，別的還需求擬定愈加契合工業要求的網絡協議。

2.3.4實質安全和網絡安全

設備出產商供給適應工業環境的器件，運用密封性好，鞏固、抗轟動的以太網設備與連接件用來解決實質安全問題；選用用戶暗碼、數據加密、防火墻等多種安全機制加強網絡的安全辦理，但針對工業自動化操控網絡安全問題的解決方案還需求仔細研討。

結論

綜上所述。工業以太網操控體系與其它操控體系相比較具有很大的優勢，能夠應用在多種工業操控范疇。跟著集成電路、工業以太網和嵌人式Internet技能研討的進一步深入，根據以太網的工業操控網絡年代將會很快到來，并成為最具敞開性的工業操控網絡體系結構。這種新式的網絡體系，與現場總線在以太網方面的開展相呼應，對傳統的工業操控網絡是一個革新，必將為工業操控范疇帶來新的天地。但是，在某些范疇例如：轎車操控體系、數控機床等，因為其作業條件惡劣、實時性、可靠性要求高，均不適合工業以太網。從現在趨勢來看，工業以太網進入現場操控級毋庸置疑。但至少現在看來，它還難以徹底取代現場總線，作為實時操控通訊的單一規范，在很長的一段時期內已有的現場總線仍將持續存在，最有或許的狀況是開展一種多種網絡并存的混合式操控體系。

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