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論工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應用和發(fā)展
論文關(guān)鍵詞:以太網(wǎng)；特點；趨勢；全開放網(wǎng)絡
論文摘要:工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)之后產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。本文簡要介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的特點，并詳細論述了工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀以及以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢，并提出了以太網(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡與企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡的觀點。
傳感器技術(shù)、技術(shù)和技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)自動化要求的不斷提高，工業(yè)控制網(wǎng)絡所擔負的工作越來越重。與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡不同，工業(yè)控制領(lǐng)域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩(wěn)定性和準確性高的網(wǎng)絡。以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)支持幾乎所有的網(wǎng)絡協(xié)議,所以在數(shù)據(jù)信息網(wǎng)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(yōu)勢。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性使得工業(yè)控制網(wǎng)絡和企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫整合方面具有無可比擬的優(yōu)勢。
一、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的特點
以太網(wǎng)技術(shù)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡之一。近些年來,隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)進入了控制領(lǐng)域,形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡技術(shù)。這主要是由于工業(yè)自動化系統(tǒng)向分布化、智能化控制方面發(fā)展,開放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢非常明顯：
�。ㄒ唬〦thernet是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡，遵照網(wǎng)絡協(xié)議不同廠商的設備可以很容易實現(xiàn)互聯(lián)。
�。ǘ┮蕴W(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡與企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡。
�。ㄈ┸浻布土�，由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)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(fā)和硬件設備供用戶選擇。
�。ㄋ模┩ㄐ潘俾矢�，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)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(shù)據(jù)的傳輸，目前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開始廣泛應用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G以太網(wǎng)也正在研究，其速率比目前的現(xiàn)場總線快很多。
�。ㄎ澹┛沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿Υ螅谶@信息瞬息萬變的時代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信網(wǎng)絡，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。
二、工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域應用現(xiàn)狀
工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相比，它能提供一個開放的標準，是企業(yè)從現(xiàn)場控制到管理層實現(xiàn)全面的無縫的信息集成，解決了由于協(xié)議上的不同導致的“自動化孤島”問題，但從目前的發(fā)展看，工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在以下幾種形式。
�。ㄒ唬┗旌螮thernet/Fieldbus的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)實際上就是信息網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡的一種典型的集成形式。以太網(wǎng)正在逐步向現(xiàn)場設備級深入發(fā)展，并盡可能的和其他網(wǎng)絡形式走向融合，但以太網(wǎng)和TCP/IP原本不是面向控制領(lǐng)域的，在體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議規(guī)則、介質(zhì)、數(shù)據(jù)、軟件、實驗環(huán)境等諸多方面并不成熟，而現(xiàn)場總線能完全滿足現(xiàn)代企業(yè)對底層控制網(wǎng)絡的基本要求，實現(xiàn)真正的全分布式系統(tǒng)。因此，在企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設備級采用現(xiàn)場總線，通過通信控制器實現(xiàn)兩者的信息交換。
�。ǘ⿲Ｓ霉I(yè)以太控制網(wǎng)絡
如何利用以太網(wǎng)單獨作為控制網(wǎng)絡是工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展方向之一，也是工業(yè)控制領(lǐng)域的研究熱點之一。如德國Jetter AG公司的新一代控制系統(tǒng)JetWeb，是融現(xiàn)場總線技術(shù)、100Mb/s以太網(wǎng)技術(shù)、CNC技術(shù)、PLC技術(shù)、可視化人機接口技術(shù)和全球化生產(chǎn)技術(shù)為一體的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，同時具有廣泛的兼容性，可兼容第三方自動化控制產(chǎn)品，提出“網(wǎng)絡就是控制器”的觀點，是取代所有底層現(xiàn)場總線的工業(yè)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。這種工業(yè)控制網(wǎng)絡是將以太網(wǎng)貫穿于整個網(wǎng)絡各層次，使它成為透明的覆蓋整個企業(yè)范圍的應用實體。它實現(xiàn)了辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結(jié)合，實質(zhì)上是一個單層的扁平結(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的大統(tǒng)一。
（三）基于Web的網(wǎng)絡監(jiān)控平臺
嵌入式以太網(wǎng)是最近網(wǎng)絡應用熱點，就是通過Internet使所有連接網(wǎng)絡的設備彼此互通，從、PDA、設備到儀器儀表、家用電器等。在企業(yè)內(nèi)部，可以利用企業(yè)信息網(wǎng)絡，進行工廠實時運行數(shù)據(jù)的發(fā)布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現(xiàn)場工況進行實時遠程監(jiān)控、遠程設備調(diào)試和遠程設備故障診斷和處理。實現(xiàn)的最簡單辦法就是采用獨立的以太網(wǎng)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(xiàn)場設備。以太網(wǎng)控制器在這里扮演了通用和現(xiàn)場各類設備之間的一個橋梁。
三、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢
以太網(wǎng)和通信技術(shù)的突飛猛進，促使工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進一步發(fā)展。目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的資源管理層、執(zhí)行制造層得到了廣泛應用，并呈現(xiàn)向下延伸直接應用于工業(yè)控制現(xiàn)場的趨勢。從目前國際、國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，目前工業(yè)以太網(wǎng)在制造執(zhí)行層已得到廣泛應用，并成為事實上的標準。未來工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備之間的互連和信息集成中發(fā)揮越來越重要的作用�？偟膩碚f，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個方面：
（一）工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內(nèi)外工控專家的關(guān)注。而現(xiàn)場總線經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在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(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。
�。ǘ┕I(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信已成大勢所趨
隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ)，從而消除了以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信提供了技術(shù)可能。為此，國際電工委員會IEC正著手起草實時以太網(wǎng)(Real-time Ethernet, RTE)標準，旨在推動以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的全面應用。
參考文獻：
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