以太網(wǎng)相較工業(yè)以太網(wǎng)有以下四大缺陷

以太網(wǎng)相較工業(yè)以太網(wǎng)有以下四大缺陷

在講以太網(wǎng)的主要缺陷前，有必要先了解一下以太網(wǎng)的通信機制。以太網(wǎng)是指遵循IEEE802.3標準，可以在光纜和雙絞線(xiàn)上傳輸的網(wǎng)絡(luò )。它最早出現在1972，由XeroxPARC所創(chuàng )建。當前以太網(wǎng)采用星型和總線(xiàn)型結構，傳輸速率為10Mb/s，100Mb/s，1000Mb/s或更高。以太網(wǎng)產(chǎn)生延遲的主要原因是沖突，其原因是它利用了CSMA/CD技術(shù)。在傳統的共享網(wǎng)絡(luò )中，由于以太網(wǎng)中所以的站點(diǎn)，采用相同的物理介質(zhì)相連，這就意味著(zhù)2臺設備同時(shí)發(fā)出信號時(shí)，就會(huì )出現信號見(jiàn)的互相沖突。為了解決這個(gè)問(wèn)題，以太網(wǎng)規定，在一個(gè)站點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)介質(zhì)前，必須先監聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )上有沒(méi)有其他站點(diǎn)在同時(shí)使用該介質(zhì)。，如果有則必須等待，此時(shí)就發(fā)生了沖突。為了減少沖突發(fā)生的幾率，以太網(wǎng)常采用1-持續CSMA，非持續CSMA，P-持續CSMA的算法2。由于以太網(wǎng)是以辦公自動(dòng)化為目標設計的，并不完全符合工業(yè)環(huán)境和標準的要求，將傳統的以太網(wǎng)用于工業(yè)領(lǐng)域還存在著(zhù)明顯的缺陷。但其成本比工業(yè)網(wǎng)絡(luò )低，技術(shù)透明度高，特別是它遵循IEEE802.3協(xié)議為各現場(chǎng)總線(xiàn)廠(chǎng)商大開(kāi)了方便之門(mén)，但是，要使以太網(wǎng)符合工藝上的要求，還必須克服以下缺陷：

（一）通信的非確定性

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )不同于普通數據網(wǎng)絡(luò )的最大特點(diǎn)在于它必須滿(mǎn)足控制作用對實(shí)時(shí)性的

要求，即信號傳輸要足夠快和滿(mǎn)足信號的確定性。實(shí)時(shí)控制往往要求對某些變量的數據準確定時(shí)刷新。由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD方式，網(wǎng)絡(luò )負荷較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò )傳輸的不確定性不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求，故傳統以太網(wǎng)技術(shù)難以滿(mǎn)足控制系統要求準確定時(shí)通信的實(shí)時(shí)性要求，一直被視為“非確定性”的網(wǎng)絡(luò )。

（二）通信非實(shí)時(shí)性

在工業(yè)控制系統中,實(shí)時(shí)可定義為系統對某事件的反應時(shí)間的可測性。也就是說(shuō)，在一個(gè)事件發(fā)生后，系統必須在一個(gè)可以準確預見(jiàn)的時(shí)間范圍內做出反映。然而，工業(yè)上對數據的傳遞的實(shí)時(shí)性要求十分嚴格，往往數據的更新是在數十ms內完成的。而同樣由于以太網(wǎng)存在的CSMA/CD機制，當發(fā)生沖突的時(shí)候，就得重發(fā)數據，最多可以嘗試16次之多。很明顯這種解決沖突的機制是以付出時(shí)間為代價(jià)的。而且一但出現掉線(xiàn)，那怕是僅僅幾秒種的時(shí)間，就有可能造成整個(gè)生產(chǎn)的停止甚至是設備，人身安全事故。

（三）商用以太網(wǎng)不具備高穩定性與可靠性

傳統的以太網(wǎng)在設計之初并不是為工業(yè)應用而設計的，沒(méi)有考慮工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境的惡劣的工況，嚴重的線(xiàn)間干擾以及機械、氣候、塵埃等條件的惡劣，而且以太網(wǎng)的抗干擾（EMI）性能非常差，應用于危險場(chǎng)合時(shí)，不具備本質(zhì)安全性能；因此對設備的工業(yè)可靠性提出了更高的要求。同時(shí)在生產(chǎn)環(huán)境中工業(yè)網(wǎng)絡(luò )必須具備較好的可靠性，可恢復性，以及可維護性。即保證一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統中任何組件發(fā)生故障時(shí)，不會(huì )導致應用程序，操作系統，甚至網(wǎng)絡(luò )系統的崩潰和癱瘓。

（三）安全性問(wèn)題

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多現場(chǎng)不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等，對應用于這些工業(yè)現場(chǎng)的智能裝置以及通信設備，都必須采取一定的防爆技術(shù)措施來(lái)保證工業(yè)現場(chǎng)的安全生產(chǎn)。在目前技術(shù)條件下，對以太網(wǎng)系統采用隔爆、防爆的措施比較可行，即通過(guò)對Ethernet現場(chǎng)設備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現場(chǎng)設備本身的故障產(chǎn)生的點(diǎn)火能量不外泄，以保證系統運行的安全性。對于沒(méi)有嚴格的本安要求的非危險場(chǎng)合，則可以不考慮復雜的防爆措施。工業(yè)系統的網(wǎng)絡(luò )安全是工業(yè)以太網(wǎng)應用必須考慮的另一個(gè)安全性問(wèn)題。工業(yè)以太網(wǎng)可以將企業(yè)傳統的三層網(wǎng)絡(luò )系統，即信息管理層、過(guò)程監控層、現場(chǎng)設備層，合成一體，使數據的傳輸速率更快、實(shí)時(shí)性更高，并可與Internet無(wú)縫集成，實(shí)現數據的共享，提高工廠(chǎng)的運作效率。但同時(shí)也引人了一系列的網(wǎng)絡(luò )安全向題，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò )安全威脅。

（四）總線(xiàn)供電問(wèn)題

總線(xiàn)供電（或稱(chēng)總線(xiàn)饋電）是指連接到現場(chǎng)設備的線(xiàn)纜不僅傳輸數據信號，還能給現場(chǎng)設備提供工作電源。以太網(wǎng)從設計之初就沒(méi)有考慮到這一問(wèn)題，而工業(yè)現場(chǎng)存在著(zhù)大量的總線(xiàn)供電需求。

正因為有以上諸多問(wèn)題，普通的商用以太網(wǎng)是不能夠直接用于工業(yè)現場(chǎng)的控制的。為了解決這些問(wèn)題工業(yè)以太網(wǎng)便應運而生。

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，以太網(wǎng)傳輸速率的提高和以太網(wǎng)交換技術(shù)的

發(fā)展，傳統商用以太網(wǎng)的上述問(wèn)題在工業(yè)以太網(wǎng)中正在得到解決。