隨著世界范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的日趨成熟，在工業(yè)通信和自動(dòng)化應(yīng)用中日益采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為最主要的通信接口和手段，向網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性方向發(fā)展將是各種控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要潮流。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最廣泛、成長(zhǎng)最快的局域網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域得到了超乎尋常的發(fā)展。同時(shí)，基于IP的全程一體化尋址，為工業(yè)生產(chǎn)提供的標(biāo)準(zhǔn)、共享、高速的信息化通道解決方案，也必將對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 1工業(yè)以太網(wǎng)概述 構(gòu)建以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一直是控制領(lǐng)域的美好前景。從企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)看，一般可分為四層：企業(yè)管理層、生產(chǎn)管理層、過(guò)程監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在管理層大都采用以太網(wǎng)，而在過(guò)程監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)層一般采用不同的現(xiàn)場(chǎng)總線或其他專用網(wǎng)絡(luò)。目前，以太網(wǎng)技術(shù)正以驚人的速度滲透到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最底層，控制網(wǎng)中融入IP技術(shù)是值得注意的動(dòng)向：世界上幾乎所有著名的PLC和遠(yuǎn)程I/O供應(yīng)商都能提供支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口的產(chǎn)品，這種革命式的變化，大體可歸納為以下幾方面的原因：　　　 （1）開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)大的兼容性帶來(lái)巨大的發(fā)展?jié)摿? 近來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展已有取代現(xiàn)場(chǎng)總線的趨勢(shì)，或者說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展必然向工業(yè)以太網(wǎng)靠近，工業(yè)以太網(wǎng)因其協(xié)議開(kāi)放而有廣泛應(yīng)用的潛力。以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性保證了未來(lái)仍可獲得最大限度的技術(shù)支持，并可伴隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷提高網(wǎng)絡(luò)的通信性能，這一點(diǎn)是其他廠家專有協(xié)議網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架無(wú)法比擬的。 （2）來(lái)自國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織、工業(yè)設(shè)備制造廠商等的強(qiáng)大的推動(dòng)力 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織和行業(yè)協(xié)會(huì)也都看到了工業(yè)以太網(wǎng)的巨大潛力，也正在極力推進(jìn)在工業(yè)中采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，一些互操作的協(xié)議也在制定中。 世界知名的工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)制造商開(kāi)始推出自己的基于以太網(wǎng)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品包括：可編程控制器、集散控制系統(tǒng)和各種智能I/O。這必將促進(jìn)不同廠家、不同種類、不同類型的設(shè)備非常方便的集成在同一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，并最大限度地消除信息孤島的產(chǎn)生。 （3）來(lái)自以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)自身的發(fā)展?jié)摿? 以太網(wǎng)的誕生，為各種應(yīng)用解決了通信瓶頸，而諸如圖像、高速數(shù)據(jù)等新的應(yīng)用，也推動(dòng)了以太網(wǎng)的發(fā)展，它已經(jīng)成為目前最流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。所有的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都與以太網(wǎng)兼容，諸如TCP/IP、IPX、NetBEUI和DECNet之類的上層協(xié)議棧也與以太網(wǎng)兼容。1998年是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)展的里程碑，使用這種技術(shù)的產(chǎn)品達(dá)到了86％。 以太網(wǎng)正沿著從10Mbps、100Mbps直到10Gbps的速度快速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用中采用以太網(wǎng)完全可以充分保障實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和通信對(duì)帶寬的需求，使今天的應(yīng)用保持最大的靈活性，并充分保障用戶的投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。在生產(chǎn)企業(yè)建立以IP為核心的信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各層信息之間的無(wú)縫連接，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)變的信息透明，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也將變的更加簡(jiǎn)單、安全。 （4）以太網(wǎng)普遍的應(yīng)用給用戶帶來(lái)極大的便利 以太網(wǎng)已在辦公系統(tǒng)中無(wú)處不在，有非常多的應(yīng)用服務(wù)，而且也非常熟悉。在工業(yè)環(huán)境中使用，可以減少用戶對(duì)系統(tǒng)的培訓(xùn)時(shí)間，調(diào)試安裝方便。 由于許多企業(yè)在自動(dòng)化層采用與信息層完全相同的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，從而使自動(dòng)化信息可以輕松的集成到工廠的MIS、ERP、SCM、CRM系統(tǒng)中，減少了信息集成的時(shí)間費(fèi)用。簡(jiǎn)化了企業(yè)的復(fù)雜的信息級(jí)別。同時(shí)可以通過(guò)Internet的優(yōu)勢(shì)在世界的任意一個(gè)角落可以掌握實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息。 2工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)　　　 工業(yè)以太網(wǎng)是一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的新的解析，雖然與普通商用以太網(wǎng)符合同一系列標(biāo)準(zhǔn)，但是由于工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備的工作環(huán)境與辦公環(huán)境存在較大差別，二者在各個(gè)層面上還是存在著較大的差異。有人對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與普通商用以太網(wǎng)設(shè)備之間的區(qū)別做了比較，從表中我們可以看出，工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備要求工作溫度范圍較寬、封裝牢固（抗振和防沖擊）、導(dǎo)軌安裝、電源冗余、24V DC可靠供電以及更高的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)冗余等，這是普通商用以太網(wǎng)系統(tǒng)所不能比擬的。而這一切都是基于工業(yè)自動(dòng)化越來(lái)越多地要求工業(yè)以太網(wǎng)解決方案必須滿足魯棒性和可靠性方面的專門需要。 十維電信設(shè)備有限公司（http://www.wio.com.cn）是大唐電信集團(tuán)旗下專業(yè)從事工業(yè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的高科技公司，，多年來(lái)一直處于國(guó)內(nèi)工業(yè)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的領(lǐng)先位置，其推出的冗余以太網(wǎng)系統(tǒng)，采用抗干擾的光纖和集成的冗余機(jī)制增強(qiáng)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，可有效地保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行?！　　　? 過(guò)去，由于沒(méi)有其他可供選擇的方案，冗余網(wǎng)絡(luò)都是采用雙總線方式實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，以太網(wǎng)和交換技術(shù)使得建立冗余環(huán)網(wǎng)成為可能。只需在總線的兩端之間增加一條鏈路即可實(shí)現(xiàn)高效率、高性價(jià)比的冗余。十維電信公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)均可以構(gòu)成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用在關(guān)鍵的場(chǎng)合，以保證所需的容錯(cuò)功能?！　　　? 十維電信公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)系統(tǒng)可以用于構(gòu)造網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的共享網(wǎng)絡(luò)，保證即使同時(shí)發(fā)生多處故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍然正常運(yùn)行。該系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可以在20ms內(nèi)切換到冗余鏈路?！　　? 十維電信提供導(dǎo)軌系列交換機(jī)的冗余管理器功能允許將總線結(jié)構(gòu)封閉形成冗余環(huán)。如果一條鏈路發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將切換為具有全部傳輸能力的總線結(jié)構(gòu)，對(duì)于多達(dá)50臺(tái)交換機(jī)構(gòu)成的環(huán)，這一切換時(shí)間小于500ms。對(duì)于規(guī)模小的冗余環(huán)，這一時(shí)間會(huì)更短?！　? 嵌入到導(dǎo)軌系列交換機(jī)中的智能控制功能允許實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)段間的冗余連接。兩個(gè)網(wǎng)段之間可以通過(guò)兩條獨(dú)立的鏈路相連，每條鏈路連接不同的交換機(jī)。連接主鏈路的交換機(jī)與連接冗余鏈路的交換機(jī)之間通過(guò)一根控制線交換它們的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)主鏈路發(fā)生故障時(shí)，冗余交換機(jī)立即啟動(dòng)冗余鏈路。一旦主鏈路恢復(fù)正常，連接主鏈路的交換機(jī)即將這一狀態(tài)通知連接冗余鏈路的交換機(jī)。主鏈路工作，冗余鏈路斷開(kāi)。整個(gè)故障的檢測(cè)和處理時(shí)間小于500ms。這樣，在某條鏈路或者某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障持續(xù)500ms以后，網(wǎng)絡(luò)又變得完全可用。 [align=center] 圖1 工業(yè)以太網(wǎng)冗余環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)示例[/align] 3基于IP的全程一體化尋址　 今天，全球越來(lái)越多的工業(yè)設(shè)備逐漸使用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為主要的通信與控制標(biāo)準(zhǔn)，這為工業(yè)控制領(lǐng)域的明天提供了很好的技術(shù)支撐。而工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也將在應(yīng)用上徹底改變企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的模型。在模型的各個(gè)層面上，基于標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議包的信息將方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，我們可以在管理層實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)設(shè)備層的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并通過(guò)開(kāi)放的軟件系統(tǒng)，有效地分析、管理和監(jiān)測(cè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，這種全程IP化的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從信息訪問(wèn)的角度，我們可通稱為“一體化IP尋址”。 一體化尋址所帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的，在網(wǎng)絡(luò)層上，省掉了許多用于協(xié)議和接口轉(zhuǎn)換的設(shè)備及中轉(zhuǎn)處理設(shè)備，網(wǎng)路的硬件設(shè)施大大減少，增加了網(wǎng)路的安全性能；其次，以太網(wǎng)所獨(dú)有的的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包為高速通信提供了可靠保障，而以太網(wǎng)所能提供的高帶寬為例如可視化工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施也提供了可能；另外采用以太網(wǎng)架構(gòu)以后，控制器的位置也可以突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，可以位于現(xiàn)場(chǎng)，也可以位于中央控制室。目前市面上的控制器包括遠(yuǎn)程I/O可實(shí)現(xiàn)基于IE的遠(yuǎn)程瀏覽和訪問(wèn)，從而允許信息層的用戶也可以和控制層的用戶一樣直接獲取控制器和遠(yuǎn)程I/O模塊中的當(dāng)前狀態(tài)值。這種全程一體化的透明信息通道，為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)的是高效率及準(zhǔn)確的調(diào)度管理。 此外， Internet與企業(yè)一體化的IP尋址網(wǎng)絡(luò)體系相結(jié)合，通過(guò)技術(shù)手段，包括復(fù)雜的身份認(rèn)證等工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與企業(yè)的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理決策系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)的用戶需求結(jié)合起來(lái)，使生產(chǎn)企業(yè)始終處于可控制、可管理的運(yùn)行軌跡，形成經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)的良好發(fā)展模式。 4結(jié)束語(yǔ) 應(yīng)當(dāng)看到，以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方面還有一段路要走，但以太網(wǎng)所具有的強(qiáng)大的生命力，也是我們所不能否認(rèn)的。在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的如汽車、能源、運(yùn)輸?shù)葞状箢I(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)將為之帶來(lái)暫新的發(fā)展前景。隨著在工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，以太網(wǎng)不僅會(huì)對(duì)企業(yè)內(nèi)部的通信系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的改進(jìn)，保護(hù)既有的投資，還將對(duì)企業(yè)的管理和運(yùn)營(yíng)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。十維電信將不遺余力地推動(dòng)工業(yè)以太網(wǎng)在各行各業(yè)的深入應(yīng)用和發(fā)展，并以此帶動(dòng)中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化水平的提高。