工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

開放的以太網(wǎng)是20多年來發(fā)展最為成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)致了一場(chǎng)信息技術(shù)的革命。可以預(yù)見，正如當(dāng)年P(guān)C機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，采用以太網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)。

1.應(yīng)用現(xiàn)狀

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越分散化，同時(shí)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，內(nèi)部連接越來越高速化、緊密化，更多的是系統(tǒng)細(xì)分成為獨(dú)立控制孤島，對(duì)驅(qū)動(dòng)器和用戶接口需求越來越多。而無論如何傳統(tǒng)PLC技術(shù)無法滿足該要求，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也不能提供相關(guān)性能。只有通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決，而在所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，以太網(wǎng)技術(shù)是最理想的選擇。

目前以太網(wǎng)還只適合于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息層應(yīng)用。以太網(wǎng)是Byte級(jí)網(wǎng)絡(luò)，只能部分代替現(xiàn)場(chǎng)總線作用，而將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場(chǎng)I/O級(jí)，這是目前工控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

2.Ethernet的優(yōu)勢(shì)

與以往控制網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢(shì)：

(1)更高的通信帶寬。以太網(wǎng)是一種成熟、快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為10～100Mb/s。新一代以太網(wǎng)傳輸速率更快，可達(dá)1Gb/s，能滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)通信需要，成為企業(yè)范圍的主干網(wǎng)絡(luò)。

(2)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和企業(yè)管理層的無縫連接。以太網(wǎng)早已成為企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)的首選，將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的融合，促進(jìn)整個(gè)企業(yè)信息化的集成。

(3)控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面：支持以太網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較低；熟悉以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作的用戶較多，整個(gè)系統(tǒng)培訓(xùn)、維護(hù)都較容易。

(4)更高穩(wěn)定性。光纖網(wǎng)絡(luò)已成為Internet的主干網(wǎng)絡(luò)，光纖所具有的良好抗噪聲干擾性能使得以太網(wǎng)更適合在實(shí)時(shí)監(jiān)控的高噪聲設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

3.Ethernet在中國(guó)的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論研究主要局限于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，部分學(xué)者對(duì)建立工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討，但仍停留在概念上，未能進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究階段，實(shí)際應(yīng)用還不多。

就目前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)際情況和發(fā)展要求，工業(yè)控制系統(tǒng)將普遍以現(xiàn)場(chǎng)總線和DCS相結(jié)合作為控制系統(tǒng)的底層和中層，用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；而將以太網(wǎng)用于控制系統(tǒng)的上層，以實(shí)現(xiàn)高速率的通信和網(wǎng)絡(luò)互連。

4.發(fā)展方向

基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)所具有的上述優(yōu)點(diǎn)是目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)所無法比擬的。另外，隨著寬帶以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)作為控制網(wǎng)絡(luò)在控制實(shí)時(shí)性方面的問題正在逐步得以解決。雖然以太網(wǎng)采用的是帶碰撞檢測(cè)的載波偵聽多路訪問協(xié)議(CSMA/CD)，一般認(rèn)為該協(xié)議不能滿足控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，但100Mb/s以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)產(chǎn)品也已出現(xiàn)；而且以太網(wǎng)交換技術(shù)的出現(xiàn)，通過全雙工交換技術(shù)，可完全避免CSMA/CD中的碰撞；還可方便實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大利用率和最好實(shí)現(xiàn)性能。

所以，未來工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向必然是通過工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連，最后連接到Internet。