發布日期：2022-04-18 點擊率：75
摘要:工業以太網控制系統是集散控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）之后產生的一種新型的工業控制系統。本文簡要介紹了工業以太網的特點，并詳細論述了工業以太網在控制領域的應用現狀以及以太網交換技術的發展趨勢，并提出了以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡的觀點。
傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大基礎，隨著IT技術的飛速發展和工業自動化要求的不斷提高，工業控制網絡所擔負的工作越來越重。與數據信息網絡不同，工業控制領域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩定性和準確性高的網絡。以太網（Ethernet）技術支持幾乎所有的網絡協議,所以在數據信息網絡中得到廣泛應用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、開放性高和支持設備等多方面的優勢。工業以太網的開放性使得工業控制網絡和企業信息網絡的無縫整合方面具有無可比擬的優勢。
關鍵詞:工業以太網；特點；趨勢；全開放網絡
一、工業以太網技術的特點
以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。近些年來,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控制領域,形成了新型的以太網控制網絡技術。這主要是由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展,開放的、透明的通訊協議是必然的要求。以太網技術引入工業控制領域，其技術優勢非常明顯：
（一）Ethernet是全開放、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯。
（二）以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡。
（三）軟硬件成本低廉，由于以太網技術已經非常成熟，支持以太網的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。
（四）通信速率高，隨著企業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越大，有時甚至需要音頻、視頻數據的傳輸，目前以太網的通信速率為10M、100M的快速以太網開始廣泛應用，千兆以太網技術也逐漸成熟，10G以太網也正在研究，其速率比目前的現場總線快很多。
（五）可持續發展潛力大，在這信息瞬息萬變的時代，企業的生存與發展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網絡，信息技術與通信技術的發展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網技術不斷地持續向前發展。
二、工業以太網在控制領域應用現狀
工業以太網與現場總線相比，它能提供一個開放的標準，是企業從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“自動化孤島”問題，但從目前的發展看，工業以太網在控制領域的應用主要體現在以下幾種形式。
（一）混合Ethernet/Fieldbus的網絡結構
這種結構實際上就是信息網絡和控制網絡的一種典型的集成形式。以太網正在逐步向現場設備級深入發展，并盡可能的和其他網絡形式走向融合，但以太網和 TCP/IP原本不是面向控制領域的，在體系結構、協議規則、物理介質、數據、軟件、實驗環境等諸多方面并不成熟，而現場總線能完全滿足現代企業對底層控制網絡的基本要求，實現真正的全分布式系統。因此，在企業信息層采用以太網，而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的信息交換。
（二）專用工業以太控制網絡 如何利用工業以太網單獨作為控制網絡是工業以太網的發展方向之一，也是工業控制領域的研究熱點之一。如德國 Jetter AG公司的新一代控制系統JetWeb，是融現場總線技術、100Mb/s以太網技術、CNC技術、PLC技術、可視化人機接口技術和全球化生產管理技術為一體的工業自動化控制系統，同時具有廣泛的兼容性，可兼容第三方自動化控制產品，提出“網絡就是控制器”的觀點，是取代所有底層現場總線的工業網絡結構。這種工業控制網絡是將以太網貫穿于整個網絡各層次，使它成為透明的覆蓋整個企業范圍的應用實體。它實現了辦公自動化與工業自動化的無縫結合，實質上是一個單層的扁平結構，其良好的可擴展性和互連性，使之成為真正意義上的全開放網絡體系結構的大統一。
（三）基于Web的網絡監控平臺
嵌入式以太網是最近網絡應用熱點，就是通過Internet使所有連接網絡的設備彼此互通，從計算機、PDA、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業內部，可以利用企業信息網絡，進行工廠實時運行數據的發布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現場工況進行實時遠程監控、遠程設備調試和遠程設備故障診斷和處理。實現的最簡單辦法就是采用獨立的以太網控制器，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-485接口的現場設備。以太網控制器在這里扮演了通用計算機網絡和現場各類設備之間的一個橋梁。
三、以太網交換技術的發展趨勢
以太網和通信技術的突飛猛進，促使工業以太網技術進一步發展。目前它已經在工業企業綜合自動化系統中的資源管理層、執行制造層得到了廣泛應用，并呈現向下延伸直接應用于工業控制現場的趨勢。從目前國際、國內工業以太網技術的發展來看，目前工業以太網在制造執行層已得到廣泛應用，并成為事實上的標準。未來工業以太網將在工業企業綜合自動化系統中的現場設備之間的互連和信息集成中發揮越來越重要的作用。總的來說，工業以太網技術的發展趨勢將體現在以下幾個方面：
（一）工業以太網與現場總線相結合
工業以太網技術的研究還只是近幾年才引起國內外工控專家的關注。而現場總線經過十幾年的發展，在技術上日漸成熟，在市場上也開始了全面推廣，并且形成了一定的市場。就目前而言，全面代替現場總線還存在一些問題，需要進一步深入研究基于工業以太網的全新控制系統體系結構，開發出基于工業以太網的系列產品。
（二）工業以太網技術直接應用于工業現場設備間的通信已成大勢所趨
隨著以太網通信速率的提高、全雙工通信、交換技術的發展，為以太網的通信確定性的解決提供了技術基礎，從而消除了以太網直接應用于工業現場設備間通信的主要障礙，為以太網直接應用于工業現場設備間通信提供了技術可能。為此，國際電工委員會IEC正著手起草實時以太網（Real- time Ethernet, RTE）標準，旨在推動以太網技術在工業控制領域的全面應用。
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