淺談基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡控制技術

王信　陳丹

摘要：以太網(wǎng)（Ethernet）是一種公共總線型局部網(wǎng)絡控制技術，是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網(wǎng)以應用范圍廣、通信速率高、價格成本低、共享能力強等優(yōu)勢特點，已成為局域網(wǎng)絡控制技術的主流，在事業(yè)單位、工礦企業(yè)、辦公環(huán)境、過程監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度和人力資源等領域得到十分廣泛的應用，成效顯著。

關鍵詞：工業(yè) 以太網(wǎng) 網(wǎng)絡控制 技術

中圖分類號：TN431 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0027-01

Abstract：Ethernet （Ethernet） is a kind of common bus type local network control technology， and it is the most common communication protocol standard. Ethernet with wide application range， high communication speed， cost is low， the sharing ability strong and so on characteristics， has become the mainstream in the local area network control technology， has been widely used in the field of public institutions， industrial and mining enterprises， office environment， process monitoring， production scheduling， and human resources， and achieved remarkable results.

Key Words：Industry； Ethernet； network control； Technology

隨著計算機技術、自動化控制、信息集成、通訊管理和網(wǎng)絡連接的快速發(fā)展，網(wǎng)絡作為信息交換的一種工具正全面快速覆蓋到工廠現(xiàn)場設備設施到管理、系統(tǒng)控制和運行等各個層面。

1 工業(yè)以太網(wǎng)技術發(fā)展現(xiàn)狀

以太網(wǎng)（Ethernet）是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網(wǎng)絡使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術，沖突采用CSMA/CD協(xié)議控制。以太網(wǎng)的標準拓撲結構為總線型拓撲結構，使用交換機（Switch hub）來進行網(wǎng)絡連接和組織。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展體現(xiàn)以下方面：

（1）確定性與實時性：太網(wǎng)采用CSMA/CD方式，在網(wǎng)絡負荷增大的情況下，網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性就不能夠很好的滿足工業(yè)控制實時要求，當快速以太網(wǎng)和交換以太網(wǎng)兩者之間的發(fā)展與結合，解決以太網(wǎng)的非確定問題已迎刃而解。

（2）穩(wěn)定性與可靠性：在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境里，Ethernet在性能上應具備相對穩(wěn)定的可靠性、恢復性和維護性，更好解決工業(yè)應用領域不間斷和極端條件下網(wǎng)絡的穩(wěn)定性問題，目前，德國Hirschmann、SIEMENS等公司專門研究、開發(fā)和生產(chǎn)了Ethernet交換機等相關產(chǎn)品。

（3）安全性：工業(yè)Ethernet存在的安全性問題是工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全。在一般情況下，以太網(wǎng)能夠采用網(wǎng)關、防火墻、專用殺毒軟件對威脅到工業(yè)網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡進行隔離，還可以使用權限控制、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份等多種安全手段對網(wǎng)絡安全加以控制和消除。

2 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

（1）應用范圍廣：當前應用最為廣泛的計算機技術當屬以太網(wǎng)技術，目前工業(yè)編程使用的java、Visual、C++、 c語言、 besic 、SQL等編程語言都是支持以太網(wǎng)應用開發(fā)的語言。

（2）通信速率高：普遍使用的以太網(wǎng)網(wǎng)絡速率已到10、100Mbps以上，有的甚至已在1Gbps以上。對傳統(tǒng)現(xiàn)場總線僅為12Mbps的最高傳輸速率優(yōu)勢明顯。

（3）價格成本低：以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價格與現(xiàn)場總線網(wǎng)卡價格之比約為1/10；系統(tǒng)的開發(fā)和培訓費用的降低可以通過大量的軟件資源和設計經(jīng)驗來解決，在降低系統(tǒng)的整體成本的同時，還大大加快了系統(tǒng)的研究、設計、開發(fā)和推廣速度。

（4）共享能力強：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到地球村的各個角落，網(wǎng)絡用戶已破除地理位置的時空限制，通過聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺計算機，都能隨時隨地的瀏覽工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場控制的數(shù)據(jù)。

3 工業(yè)以太網(wǎng)在控制領域應用

（1）混合Ethernet/fieldbus的網(wǎng)絡結構。工業(yè)以太網(wǎng)作為新的控制網(wǎng)絡與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比優(yōu)勢顯現(xiàn)，現(xiàn)場總線各大廠家倍感壓力，爭先恐后進入到工業(yè)以太網(wǎng)研發(fā)大潮中，同時，加大對工業(yè)以太網(wǎng)的研發(fā)經(jīng)費和力量，先后推出了基于以太網(wǎng)技術的一系列新產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已經(jīng)進入廣泛應用。

（2）基于web的網(wǎng)絡監(jiān)控平臺。嵌入式以太網(wǎng)已成為當前網(wǎng)絡應用熱點，嵌入式以太網(wǎng)通過internet使所有連接網(wǎng)絡的設備彼此互通，采用獨立的以太網(wǎng)控制器，充分發(fā)揮以太網(wǎng)控制器橋梁作用，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(xiàn)場設備。

4 工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展前景

由于以太網(wǎng)具備廣泛的應用范圍、較高的通信速率、豐富的軟硬件產(chǎn)品、成熟的應用支持技術、價格成本低、共享能力強等優(yōu)點，從目前國際、國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展來看，世界部分權威機構預測，以太網(wǎng)取代現(xiàn)場總線已成必然。在美國，已經(jīng)有許多工業(yè)以太網(wǎng)用于IO控制的例子，即變頻器、遠程IO站全部用工業(yè)以太網(wǎng)連在一起的全以太網(wǎng)結構，取代了現(xiàn)有的現(xiàn)場總線。到如今，網(wǎng)絡傳輸速度從早期的10MbpS發(fā)展到目前的1Gbps，配合多模光纖技術和頻分復用技術，傳輸速度還有可能進一步增加；網(wǎng)絡機理從早期的共享式發(fā)展到目前盛行的交換式，并開始逐步引入流量控制機制。