細(xì)談應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

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(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)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(shè)備多等方面的優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)W(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(shì)。

　　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(shì)，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(tǒng)中被廣泛采用。近些年來(lái)，隨著網(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(tǒng)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(shì)非常明顯：1Ethernet是全開(kāi)放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同廠(chǎng)商的設(shè)備可以很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián);2以太網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)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(jí)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(shè)備供用戶(hù)選擇;4通信速率高，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對(duì)信息量的需求也越來(lái)越大，有時(shí)甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)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(yīng)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(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)快很多。5可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?，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(xù)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(jié)點(diǎn)平等競(jìng)爭(zhēng)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?qū)?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(duì)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性與可靠性：以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設(shè)計(jì)的，需要使抗干擾能力、外觀設(shè)計(jì)等符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求。3適用于工業(yè)自動(dòng)化控制的應(yīng)用層協(xié)議，目前信息網(wǎng)絡(luò)中定義的應(yīng)用層協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信。因此，還需定義統(tǒng)一的應(yīng)用層規(guī)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(xiǎn)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：隨著技術(shù)的進(jìn)步，在工廠(chǎng)控制底層的信號(hào)已不局限在單純的數(shù)字和模擬量上，而是包括Audio及低分辨的Video信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能根據(jù)不同用戶(hù)需求及不同的內(nèi)容適度地保證實(shí)時(shí)性的要求。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，以上出現(xiàn)的問(wèn)題已經(jīng)完全或部分得到解決。1近些年來(lái)出現(xiàn)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(xiàn)優(yōu)先級(jí)機(jī)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(duì)于不同工業(yè)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(yīng)用層協(xié)議方面用戶(hù)可以根據(jù)需要對(duì)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(shè)備生產(chǎn)商提供適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的器件，使用密封性好，堅(jiān)固、抗震動(dòng)的以太網(wǎng)設(shè)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(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理，但針對(duì)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(rèn)真研究;5隨著網(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(tǒng)與其它控制系統(tǒng)相比較具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用在多種工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著集成電路、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(jié)構(gòu)。這種新型的網(wǎng)絡(luò)體系，與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在以太網(wǎng)方面的發(fā)展相呼應(yīng)，對(duì)傳統(tǒng)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(tǒng)、數(shù)控機(jī)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(shì)來(lái)看，工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)毋庸置疑。但至少現(xiàn)在看來(lái)，它還難以完全取代現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，作為實(shí)時(shí)控制通信的單一標(biāo)準(zhǔn)。在很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)已有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)仍將繼續(xù)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(tǒng)。