什么是工業(yè)以太網(wǎng)？

　　簡介

　　工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個(gè)無縫集成到新的多媒體世界的途徑。

　　企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet) 提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動(dòng)化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能，全雙工和自適應(yīng)的100M波特率快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的標(biāo)準(zhǔn))也已成功運(yùn)行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。

　　為用戶帶來的利益

　　市場占有率高達(dá)80%，以太網(wǎng)毫無疑問是當(dāng)今LAN(局域網(wǎng))領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)優(yōu)越的性能，為您的應(yīng)用帶來巨大的利益：

　　·通過簡單的連接方式快速裝配。
　　·通過不斷的開發(fā)提供了持續(xù)的兼容性，因而保證了投資的安全。
　　·通過交換技術(shù)提供實(shí)際上沒有限制的通訊性能。
　　·各種各樣聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如辦公室環(huán)境和生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)境的聯(lián)網(wǎng)。
　　·通過接入WA N(廣域網(wǎng))可實(shí)現(xiàn)公司之間的通訊，例如，ISDN 或Internet 的接入。
　　·SIMATIC NET基于經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證的技術(shù),SIMATIC NET已供應(yīng)多于400,000個(gè)節(jié)點(diǎn)，遍布世界各地，用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，包括有高強(qiáng)度電磁干擾的區(qū)域。

　　工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

　　一個(gè)典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件：

　　網(wǎng)絡(luò)部件

　　連接部件：

　　FC 快速連接插座

　　ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))

　　ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))

　　SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī))

　　MC TP11(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉(zhuǎn)換模塊)

　　通信介質(zhì)：普通雙絞線，工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖

　　SIMATIC PLC控制器上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器。用于將SIMATIC PLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)。

　　PG/PC 上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器。用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)。

　　工業(yè)以太網(wǎng)重要性能

　　為了應(yīng)用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，確保工業(yè)應(yīng)用的安全可靠，SIMATIC NET 為以太網(wǎng)技術(shù)補(bǔ)充了不少重要的性能：

　　·工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協(xié)議
　　·10/100M 自適應(yīng)傳輸速率
　　·冗余24VDC 供電
　　·簡單的機(jī)柜導(dǎo)軌安裝
　　·方便的構(gòu)成星型、線型和環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　·高速冗余的安全網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間為0.3 秒
　　·用于嚴(yán)酷環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)元件，通過EMC 測試
　　·通過帶有RJ45 技術(shù)、工業(yè)級的Sub-D 連接技術(shù)和安裝專用屏蔽電纜的Fast Connect連接技術(shù)，確?，F(xiàn)場電纜安裝工作的快速進(jìn)行
　　·簡單高效的信號裝置不斷地監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)元件
　　·符合SNMP(簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)
　　·可使用基于web 的網(wǎng)絡(luò)管理
　　·使用VB/VC 或組態(tài)軟件即可監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)

　　當(dāng)今時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)就是控制的理念已經(jīng)越來越被用戶所接受，傳統(tǒng)的基于RS485，CAN等總線的各種集散控制系統(tǒng)，由于其固有的缺陷，正在被基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)太網(wǎng)所取代，工業(yè)以太網(wǎng)總線和我們現(xiàn)在使用的局域網(wǎng)是一致的，它采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，避免的不同協(xié)議間通訊不了的困擾，它可以直接和局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)互連而不要額外的硬件設(shè)備，它方便數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的共享，它可以用IE瀏覽器訪問終端數(shù)據(jù)，而不要專門的軟件，它可以和現(xiàn)有的基于局域網(wǎng)的ERP數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，它特別適合遠(yuǎn)程控制，配合電話交換網(wǎng)和GSM，GPRS無線電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，它采用統(tǒng)一的網(wǎng)線，減少了布線成本和難度，避免多種總線并存。工業(yè)以太網(wǎng)總線正因?yàn)橛兄T多的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外逐步得到了迅速的普及，現(xiàn)在已經(jīng)有大量的配套產(chǎn)品在使用中。如工業(yè)以太網(wǎng)HUB，工業(yè)以太網(wǎng)防火墻產(chǎn)，工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS232/RS485設(shè)備，以太網(wǎng)A/D模塊，以太網(wǎng)D/A模塊，以太網(wǎng)AI模塊，以太網(wǎng)AO模塊，以太網(wǎng)DI模塊，以太網(wǎng)DO模塊及復(fù)合功能模塊。

　　幾年前，當(dāng)現(xiàn)場總線大戰(zhàn)硝煙正濃時(shí)，傳統(tǒng)上用于辦公室和商業(yè)的以太網(wǎng)卻悄悄地進(jìn)入了控制領(lǐng)域。近來以太網(wǎng)更是走向前臺，發(fā)展迅速，頗引人注目。究其原因，是由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)正向分布化、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，其中，通信已成為關(guān)鍵，用戶對統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個(gè)開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，但目前的現(xiàn)場總線尚不能滿足這些要求。應(yīng)該說，現(xiàn)場總線的出現(xiàn)確實(shí)給工業(yè)自動(dòng)化帶來一場深層次的革命，但多種現(xiàn)場總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能相互實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，信息網(wǎng)絡(luò)存在協(xié)議上的鴻溝導(dǎo)致出現(xiàn)“自動(dòng)化孤島”等，促使人們開始尋求新的出路，并關(guān)注到以太網(wǎng)。以太網(wǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率(目前已達(dá)到100Mb/s)，能提供足夠的帶寬；
　　(2)由于具有相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技術(shù))世界；
　　(3)能在同一總線上運(yùn)行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺或基礎(chǔ)構(gòu)架；
　　(4)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)用了交互式和開放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)；
　　(5)沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設(shè)置、維護(hù)和診斷工具，成為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；
　　(6)允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　至于以太網(wǎng)存在的不確定性和實(shí)時(shí)性能欠佳的問題，已由于智能集線器的使用、主動(dòng)切換功能的實(shí)現(xiàn)、優(yōu)先權(quán)的引入以及雙工的布線等，基本上得到了解決。通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率，仔細(xì)地選擇網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及限制網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等，可將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的概率降到最低。此外，如Hirschmann公司已開發(fā)出一系列加固的、適合用于工業(yè)環(huán)境的密封和抗振動(dòng)的以太網(wǎng)器件，如導(dǎo)軌式收發(fā)器、集線器、切換器、連接件等；Woodhead Connectivity公司推出保護(hù)等級為IP67的RJ-45連接器件。凡此種種，給以太網(wǎng)進(jìn)入實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。正因?yàn)槿绱?，ARC(Automation Research Company)預(yù)測今后Ethernet和TCP/IP將成為器件總線和現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)協(xié)議。VDC (Venture Development Corp.)在1999年3月19日發(fā)布的調(diào)查報(bào)告中預(yù)測，在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域，以太網(wǎng)的世界市場份額將由1998年的8.4%躍升為2003年的22%，是各種總線中升幅最大的。

　　目前世界上已有一些國際組織從事推動(dòng)以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域的工作，如IEEE(美國電氣和電子工程師協(xié)會)正在著手制訂現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)通信的新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將使網(wǎng)絡(luò)能看到“對象”。IAONO(工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟)最近與ODVA和IDA集團(tuán)就共同推進(jìn)Ethernet和TCP/IP達(dá)成共識。ODVA(DeviceNet供應(yīng)商協(xié)會)于2000年3月17日發(fā)布了一個(gè)為在工廠基層使用以太網(wǎng)服務(wù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。FF(現(xiàn)場總線基金會)于2000年3月29日公布了高速以太網(wǎng)(100Mb/s)的最終技術(shù)規(guī)范(FSI1.0)。工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會與美國的ARC、Advisory Group等單位合作，開展工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。目前1000Mb/s以太網(wǎng)的發(fā)展已進(jìn)入實(shí)用階段，雖然其價(jià)格還比較昂貴。由以上分析可知，以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域是一個(gè)不可忽視的發(fā)展趨勢。本文概要介紹工業(yè)以太網(wǎng)最近的一些進(jìn)展，并對今后的展望作一些探討。