以太網在工業自動化領域中的應用現狀和發展前景

林興無

摘要：現階段，我國的經濟發展的十分的迅速，工業自動化的發展也越來越完善。工業革命是自動化技術的助產士，正是由于工業革命的需要，自動化技術才沖破了卵殼，得到了蓬勃發展。同時自動化技術也促進了工業的進步，如今自動化技術已經被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，成為提高勞動生產率的主要手段。自動化技術發展的需求是從單機控制向工廠自動化FA、系統自動化方向發展，工廠自動化FA要求應用數字通信技術實現工廠信息縱向的透明通信。

關鍵詞：以太網；工業自動化領域；應用現狀；發展前景

引言

隨著信息技術的發展，自動化技術的發展也出現了新的改革，逐漸形成了集成網絡的自動化工業信息系統。以太網具有良好的兼容性、傳輸速度快、易于安裝、低耗能等優點，支持CT即IP協議。除此之外，還可以支持當前流行的其他網絡防議。在信息技術的完善和發展下，以太網在自動化工業領域應用中有著更加廣闊的應用前景。

1工業以太網的特點和優勢

1.1以太網的特點

以太網技術最早由Xerox開發，后經數字設備公司、lntel公司聯合擴展，于1982年公布了以太網規范。IEEE802.3就是A以這個技術規范為基礎制定的。按ISO開放系統互聯參考模型的分層結構，以太網規范只包括通信模型中的物理層與數據鏈路層。工業以太網技術源于普通以太網技術，為了促進以太網在工業領域的應用，國際上成立了工業以太網協會，工業自動化開放網絡聯盟等組織，目標是在世界范圍內推進工業以太網技術的發展、教育和標準化管理，在工業應用領域的各個層次運用以太網。美國電氣電子工程師協會（IEEE）也正著手制定現場裝置與以太網通信的標準。這些組織還致力于促進以太網迸人工業自動化的現場級，推動以太網技術在工業自動化領域和嵌人式系統的應用。工業以太網技術不僅包含了物理層與數據鏈路層的以太網規范，而且包含TCP/IP協議組，即包含網絡層的網際互聯協議lP、傳輸層的傳輸控制協議TCP、用戶數據包協議UDP等。有時甚至把應用層的簡單郵件傳送協議SMTP、域名服務DNS、文件傳輸協議FTP、再加上超文本鏈接HTTP、動態網頁發布等互聯網上的應用協議都與以太網這個名詞捆綁在一起。以太網是TCP/IP使用最普遍的物理網絡，實際上TCP/IP技術支持各種局域網絡協議，包括：令牌總線、令牌環、FDDI（光纖分布式數據接口）、SLIP（串行線路IP）、PPP（點到點協議）、X2.5數據網等。以太網+TCP/IP作為辦公網、商務網在IT行業中獨霸天下，其技術特點主要適合信息管理、信息處理系統。但為什么近年來會逐步向自動化行業發展，形成與現場總線技術競爭的局面。

1.2以太網的優勢

以太網具有良好的兼容性、傳輸速度快、易于安裝、低耗能，同時具有可靠穩定的運行經驗，是一種基于CT即IP協議的開放式網絡。以太網和1nternet之間的連接是非常的簡單，對企業的生產和營銷環節帶來了較為明顯的變革，尤其是在全球一體化的當今企業，采用以太網技術實現工業自動化生產的現場監控促進了生產效率的增大。保障了工業自動化企業發展的全局戰略，使電子商務的發展得到了進一步的發展。以太網在一定程度上避免了現場總線通信協議通信效率低的弊端，可以實現工業控制和工作自動化網絡的完美連接。計算機網絡技術與以太網的相互結合，可以實現現場監控工作，在工業自動化領域的應用越來越廣泛。通過以太網在工業自動化領域的引入，為未來后續的控制系統發展提供了相應的基礎，用戶在進行技術升級的過程中，不必再進行獨自研究投入，這是當前擁有的其他總線技術不可比擬的。隨著現代智能技術和機器人技術的發展，對通訊網絡性能和帶寬的要求逐漸提高，通信協議靈活性的要求也提高了，對于這些要求均可以以由以太網滿足。

2以太網在工業自動化領域中的應用現狀

車間級生產信息集成：主要由專用生產設備、專用測試設備、條碼器、PC機及以太網絡設備組成；主要功能是完成車間級生產信息及產品質量信息的管理。管理層信息網絡：即支撐工廠管理層MIS系統的計算機網絡。主要完成如ERP的信息系統。SCADA系統：特別是一些區域廣泛、含有計算機廣域網技術、無線通信技術的SCADA系統，如城市供水或污水管網的SCADA系統、水利水文信息監測SCADA系統等。個別的控制系統網絡：個別要求高可靠性和一定實時性的分布式控制系統也采用以太網+TCP/IP技術，并獲得很好的效果；如發電廠的計算機監控系統。（1）采用以太網作為現場總線，可以保證現場總線技術的可持續發展。由于以太網的廣泛應用，使它的發展一直受到廣泛的重視和大量的技術投人，保證了以太網技術的不斷發展。如果工業控制領域采用以太網作為現場總線，將保證技術上的可持續發展，并在技術升級方面無需獨自的研究投入。（2）由于以太網是應用最廣泛的計算機網絡技術，它也受到硬件開發商的高度重視，這使得以太網系統的設計有廣泛的硬件產品可供選擇。

3以太網在工業自動化領域中的發展前景

由于連接簡單、能擴展現有設備而無任何不利影響、實現辦公室和生產現場等不同區域的聯網、通過Internet或ISDN實現公司范圍的通信等優越性，以太網在工業自動化領域已經得到比較廣泛的應用，而且應用深度和廣度還在不斷地擴大。目前的應用主要集中在以控制為中心的結構，要深入到現場設備級還有許多工作要做，諸如：①以太網交換技術需進一步發展，達到適合現場設備的要求；②高速價廉的以太網基通信芯片的研究開發；③盡管ISA的MLT委員會正在研究如何將本安的光纖電纜應用到以太網，但本安問題還沒有解決；④真正世界范圍的工業以太網標準還沒有最終產生。但無論如何，在現場級設備級聯網中，現場總線有轉向以太網發展的趨勢。有專家認為，還需2～5年時間，EthernetTCP/IP可能會大規模地應用到現場總線，約需要5年時間研制出無論價格和性能都適合現場設備需要的以太網連接器。為了促進工業以太網的快速發展，國際上成立了工業以太網協會（industrialethernetassociation），并與美國ARCAdvisoryGroup，AMRresearch研究中心和GartnerGroup等機構合作開展工業以太網關鍵技術的研究。Ethernet將會十分迅速地進入工業控制系統的各級網絡。

結語

總之，我國在以太網應用于工業領域方面的研究開發剛剛起步，還有大量的工作要做。諸如以太網在現場設備中的應用研究、基于以太網的智能芯片的開發等等，上海作為東部經濟、文化、教育的中心，信息發達，科研院所繁多，科技勢力雄厚，而且還有諸如上海自動化儀表股份有限公司、上海威爾泰工業自動化股份有限公司等企業，具有豐富的經驗，上海有足夠的能力研究以太網在工業自動化領域的應用，應該將以太網的工業應用研究開發納入戰略規劃。

參考文獻：

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