浅谈工业以太网技术的优势

　　以太网（Ethernet）技术支持几乎所有的网络协议,所以在数据信息网络中得到广泛应用，具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼容性好、开放性高和支持设备多等方面的优势。近些年来,随着网络技术的发展和工业控制领域对网络性能要求越来越高,以太网正逐步进入工业控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。工业以太网的开放性使得工业控制网络和企业信息网络的无缝整合方面具有无可比拟的优势。

　　以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。

　　以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：1Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联;2以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络，如图2所示;3软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择;4通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。5可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。

　　以太网进人工业控制领域，同样也存在一些问题，其中主要的是：1实时性问题：以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，其本质上是非实时的。一条总线上挂多个节点平等竞争总线，等待总线空闲。这种方式很难满足工业控制领域对实时性的要求。这也是以太网技术进入工控领域的技术瓶颈;2对工业环境的适应性与可靠性：以太网是按办公环境设计的，需要使抗干扰能力、外观设计等符合工业现场的要求。3适用于工业自动化控制的应用层协议，目前信息网络中定义的应用层协议所定义的数据结构等特性不适合应用于工业过程控制领域现场设备之间的实时通信。因此，还需定义统一的应用层规范。 4本质安全和网络安全：工业以太网如果用在易燃易爆的危险工作场所，必须考虑本质安全问题。另外，工业以太网由于使用了TCP/IP协议，因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。5QOS（Quality of Service）问题:随着技术的进步,在工厂控制底层的信号已不局限在单纯的数字和模拟量上,而是包括Audio及低分辨的Video信号,网络应能根据不同用户需求及不同的内容适度地保证实时性的要求。

　　随着网络技术的不断发展，以上出现的问题已经完全或部分得到解决。1近些年来出现了快速交换式以太网技术,采用全双工通信,可以完全避免CSMA/CD中的碰撞,并且可以方便地实现优先级机制,保证网络带宽的最大利用率和最好的实时性能。它完全避免了CSMA/CD、主从、令牌等可能的低效率;2对于不同工业环境网络设备生产厂商采取了专门的抗干扰措施，使其更加符合工业需求;3在应用层协议方面用户可以根据需要对TCP/IP协议栈进行增减，另外还需要制定更加符合工业要求的网络协议;4设备生产商提供适应工业环境的器件，使用密封性好，坚固、抗震动的以太网设备与连接件用来解决本质安全问题;采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理，但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究;5随着网络速度的提高和网络协议的进一步完善，QOS问题也得到了解决。

　　工业以太网控制系统与其它控制系统相比较具有很大的优势，可以应用在多种工业控制领域。随着集成电路、工业以太网和嵌入式Internet技术研究的进一步深入，基于以太网的工业控制网络时代将会很快到来，并成为最具开放性的工业控制网络体系结构。这种新型的网络体系，与现场总线在以太网方面的发展相呼应，对传统的工业控制网络是一个变革，必将为工业控制领域带来新的天地。但是，在某些领域例如：汽车控制系统、数控机床等，由于其工作条件恶劣、实时性、可靠性要求高，均不适合工业以太网。从目前趋势来看,工业以太网进入现场控制级毋庸置疑。但至少现在看来,它还难以完全取代现场总线,作为实时控制通信的单一标准。在很长的一段时期内已有的现场总线仍将继续存在,最有可能的情况是发展一种多种网络并存的混合式控制系统。