細談應用工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，所以在數據信息網(wǎng)絡(luò )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、開(kāi)放性高和支持設備多等方面的優(yōu)勢。近些年來(lái)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)控制領(lǐng)域對網(wǎng)絡(luò )性能要求越來(lái)越高，以太網(wǎng)正逐步進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)的開(kāi)放性使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫整合方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。

　　以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，所以在商業(yè)系統中被廣泛采用。近些年來(lái)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。這主要是由于工業(yè)自動(dòng)化系統向分布化、智能化控制方面發(fā)展，開(kāi)放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。

　　以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢非常明顯：1Ethernet是全開(kāi)放、全數字化的網(wǎng)絡(luò )，遵照網(wǎng)絡(luò )協(xié)議不同廠(chǎng)商的設備可以很容易實(shí)現互聯(lián);2以太網(wǎng)能實(shí)現工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )，如圖2所示;3軟硬件成本低廉，由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠(chǎng)商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和硬件設備供用戶(hù)選擇;4通信速率高，隨著(zhù)企業(yè)信息系統規模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來(lái)越大，有時(shí)甚至需要音頻、視頻數據的傳輸，目前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開(kāi)始廣泛應用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G以太網(wǎng)也正在研究，其速率比目前的現場(chǎng)總線(xiàn)快很多。5可持續發(fā)展潛力大，在這信息瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴(lài)于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò )，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續向前發(fā)展。

　　以太網(wǎng)進(jìn)人工業(yè)控制領(lǐng)域，同樣也存在一些問(wèn)題，其中主要的是：1實(shí)時(shí)性問(wèn)題：以太網(wǎng)采用的CSMA/CD的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式，其本質(zhì)上是非實(shí)時(shí)的。一條總線(xiàn)上掛多個(gè)節點(diǎn)平等競爭總線(xiàn)，等待總線(xiàn)空閑。這種方式很難滿(mǎn)足工業(yè)控制領(lǐng)域對實(shí)時(shí)性的要求。這也是以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入工控領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸;2對工業(yè)環(huán)境的適應性與可靠性：以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設計的，需要使抗干擾能力、外觀(guān)設計等符合工業(yè)現場(chǎng)的要求。3適用于工業(yè)自動(dòng)化控制的應用層協(xié)議，目前信息網(wǎng)絡(luò )中定義的應用層協(xié)議所定義的數據結構等特性不適合應用于工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域現場(chǎng)設備之間的實(shí)時(shí)通信。因此，還需定義統一的應用層規范。 4本質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò )安全：工業(yè)以太網(wǎng)如果用在易燃易爆的危險工作場(chǎng)所，必須考慮本質(zhì)安全問(wèn)題。另外，工業(yè)以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會(huì )受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò )安全威脅。5QOS（Quality of Service）問(wèn)題：隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，在工廠(chǎng)控制底層的信號已不局限在單純的數字和模擬量上，而是包括Audio及低分辨的Video信號，網(wǎng)絡(luò )應能根據不同用戶(hù)需求及不同的內容適度地保證實(shí)時(shí)性的要求。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，以上出現的問(wèn)題已經(jīng)完全或部分得到解決。1近些年來(lái)出現了快速交換式以太網(wǎng)技術(shù)，采用全雙工通信，可以完全避免CSMA/CD中的碰撞，并且可以方便地實(shí)現優(yōu)先級機制，保證網(wǎng)絡(luò )帶寬的最大利用率和最好的實(shí)時(shí)性能。它完全避免了CSMA/CD、主從、令牌等可能的低效率;2對于不同工業(yè)環(huán)境網(wǎng)絡(luò )設備生產(chǎn)廠(chǎng)商采取了專(zhuān)門(mén)的抗干擾措施，使其更加符合工業(yè)需求;3在應用層協(xié)議方面用戶(hù)可以根據需要對TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行增減，另外還需要制定更加符合工業(yè)要求的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議;4設備生產(chǎn)商提供適應工業(yè)環(huán)境的器件，使用密封性好，堅固、抗震動(dòng)的以太網(wǎng)設備與連接件用來(lái)解決本質(zhì)安全問(wèn)題;采用用戶(hù)密碼、數據加密、防火墻等多種安全機制加強網(wǎng)絡(luò )的安全管理，但針對工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題的解決方案還需要認真研究;5隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )速度的提高和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的進(jìn)一步完善，QOS問(wèn)題也得到了解決。

　　工業(yè)以太網(wǎng)控制系統與其它控制系統相比較具有很大的優(yōu)勢，可以應用在多種工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著(zhù)集成電路、工業(yè)以太網(wǎng)和嵌入式Internet技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )時(shí)代將會(huì )很快到來(lái)，并成為最具開(kāi)放性的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )體系結構。這種新型的網(wǎng)絡(luò )體系，與現場(chǎng)總線(xiàn)在以太網(wǎng)方面的發(fā)展相呼應，對傳統的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)變革，必將為工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)新的天地。但是，在某些領(lǐng)域例如：汽車(chē)控制系統、數控機床等，由于其工作條件惡劣、實(shí)時(shí)性、可靠性要求高，均不適合工業(yè)以太網(wǎng)。從目前趨勢來(lái)看，工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入現場(chǎng)控制級毋庸置疑。但至少現在看來(lái)，它還難以完全取代現場(chǎng)總線(xiàn)，作為實(shí)時(shí)控制通信的單一標準。在很長(cháng)的一段時(shí)期內已有的現場(chǎng)總線(xiàn)仍將繼續存在，最有可能的情況是發(fā)展一種多種網(wǎng)絡(luò )并存的混合式控制系統。