傳感器技能、通訊技能和計算機技能是現(xiàn)代信息技能的三大根底。跟著IT技能的飛速開展和工業(yè)自動化要求的不斷進步，工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)所背負的作業(yè)越來越重。與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)不同，工業(yè)操控范疇需求一種高速廉價、實時性和敞開性好、穩(wěn)定性和精確性高的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)(Ethernet)技能支撐簡直一切的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、敞開性高和支撐設(shè)備多等方面的優(yōu)勢。近些年來，跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展和工業(yè)操控范疇對網(wǎng)絡(luò)功能要求越來越高，以太網(wǎng)正逐漸進入工業(yè)操控范疇，形成了新式的以太網(wǎng)操控網(wǎng)絡(luò)技能。工業(yè)以太網(wǎng)的敞開性使得工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫整合方面具有無與倫比的優(yōu)勢。

1、工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)的開展

工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)的開展是伴跟著操控體系的革新而開展起來的。操控體系閱歷了基地式氣動外表操控體系、電動單元組合式模仿外表操控體系、會集式數(shù)字操控體系、集散操控體系、現(xiàn)場總線操控體系和近幾年盛行起來的工業(yè)以太網(wǎng)操控體系等六個階段。關(guān)于基地式氣動外表操控體系和電動單元組合式模仿外表操控體系只是驅(qū)動方法的改動，兩類操控體系只能對單一回路進行操控，而各個回路之間不能夠交流信息，每一個回路是一個獨立的信息孤島，并不歸于網(wǎng)絡(luò)的范疇。

跟著計算機技能的開展，計算機被引入操控體系，它不僅能夠完結(jié)對數(shù)據(jù)的處理操作，更主要的是能夠直接根據(jù)輸入的給定值、進程變量和進程中其他的測定值，通過PID或其它高級操控算法，得出它的操作變量即輸出值送給執(zhí)行機構(gòu)完結(jié)操控功用。這便是咱們所說的計算機會集操控體系(Ccs)的操控思維。會集操控體系因為其結(jié)構(gòu)簡單，直接面向操控對象，尚未形成網(wǎng)絡(luò)體系。雖然將計算機引人操控體系使得一些高級操控算法得以完結(jié)，但是，跟著出產(chǎn)進程的雜亂化，軟件方面需求很大的開支，而且雜亂的軟件結(jié)構(gòu)使體系的晉級才能較弱；計算機作業(yè)是需求會集操控幾十個，乃至上百個回路，這就使得體系的實時性、可靠性得不到確保。

真實含義的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)體系是七十年代呈現(xiàn)的第二代計算機操控體系：渙散型操控體系DCS(也稱集散操控體系)。它是跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展而開展起來的，DCS的特色是”會集辦理，渙散操控”，這些體系完整地體現(xiàn)了渙散化和分層化的思維。現(xiàn)在所運用的DCS有環(huán)形、總線形和分級式幾種。

但是，集散操控體系也有其顯著的缺陷：

首先，結(jié)構(gòu)是多級主從關(guān)系，現(xiàn)場設(shè)備之間相互通訊有必要經(jīng)過主機，使得主機負荷重、功率低，且主機一旦發(fā)作毛病，整個體系就會潰散；

其次，它還運用大量的模仿信號，許多現(xiàn)場外表依然運用傳統(tǒng)的4—20mA電流模仿信號，傳輸可靠性差，不易于數(shù)字化處理；

第三，各體系規(guī)劃廠家的DCS擬定獨立的規(guī)范，通訊協(xié)議不敞開，極大的限制了體系的集成與應(yīng)用，不利于現(xiàn)代跨國公司的進一步開展。

為了戰(zhàn)勝DES體系的技能瓶頸，進一步滿意工業(yè)現(xiàn)場的需求，現(xiàn)場總線技能應(yīng)運而生，它將體系的操控功用進一步下放，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)實踐上是一種全數(shù)字化、全渙散、可互操作、敞開式的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它專門用于進程自動化和制作自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場外表互聯(lián)，是現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)和操控體系的集成，現(xiàn)場總線的呈現(xiàn)對完結(jié)面向設(shè)備自動化體系起到了巨大的推動效果。

但是FE也有許多瓶頸問題：

首先，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線規(guī)范品種過多，且各有自己的優(yōu)勢和適用范圍，用戶如何取舍是比較棘手的問題；

其次，操控體系中如果有多種現(xiàn)場總線一起存在，因為總線通訊協(xié)議的多樣性。這樣會形成工業(yè)操控體系與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)完結(jié)無縫集成，真實完結(jié)企業(yè)級管控一體化，體系功用組態(tài)等變得相對雜亂；

別的在實質(zhì)安全、體系可靠性、數(shù)據(jù)傳輸速度等方面存在一些技能瓶頸或不契合現(xiàn)代企業(yè)對信息的要求。事實上，各種操控體系存在缺陷的問題最根本原因在于操控體系的敞開性差或者敞開性是有條件的，不徹底的。為了解決該問題而呈現(xiàn)了以TCP/I協(xié)議為根底的工業(yè)以太網(wǎng)技能。

下面臨工業(yè)以太網(wǎng)技能進行具體介紹。

2、工業(yè)以太網(wǎng)技能的特色

以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，因為它支撐簡直一切盛行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)體系中被廣泛選用。近些年來，跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展。以太網(wǎng)進入了操控范疇，形成了新式的以太網(wǎng)操控網(wǎng)絡(luò)技能。這主要是因為工業(yè)自動化體系向散布化、智能化操控方面開展，敞開的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。

2.1工業(yè)以太網(wǎng)的技能優(yōu)勢

(1)Ethernet是全敞開、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同廠商的設(shè)備能夠很容易完結(jié)互聯(lián)；

(2)以太網(wǎng)能完結(jié)工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全敞開網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示；

(3)軟硬件成本低價，因為以太網(wǎng)技能現(xiàn)已非常老練，支撐以太網(wǎng)的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支撐，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇；

(4)通訊速率高，跟著企業(yè)信息體系規(guī)模的擴大和雜亂程度的進步，對信息量的需求也越來越大，有時乃至需求音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，現(xiàn)在以太網(wǎng)的通訊速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開始廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技能也逐漸老練，10G以太網(wǎng)也正在研討，其速率比現(xiàn)在的現(xiàn)場總線快許多。

(5)可持續(xù)開展?jié)摿Υ?，在這信息瞬息萬變的年代。企業(yè)的生計與開展將很大程度上依賴于一個快速而有用的通訊辦理網(wǎng)絡(luò)，信息技能與通訊技能的開展將愈加迅速，也愈加老練，由此確保了以太網(wǎng)技能不斷地持續(xù)向前開展。

2.2工業(yè)以太網(wǎng)存在的一些問題

2.2.1實時性問題

在工業(yè)操控體系中，實時可界說為體系對某事情的反應(yīng)時刻的可測性。也便是說，在一個事情發(fā)作后。體系有必要在一個能夠精確預(yù)見的時刻范圍內(nèi)做出反映。但是，工業(yè)上對數(shù)據(jù)的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往數(shù)據(jù)的更新是在數(shù)十毫秒內(nèi)完結(jié)的。而同樣因為以太網(wǎng)選用CSMA/CD介質(zhì)訪問操控方法，其實質(zhì)上是非實時的，一條總線上掛多個接點平等競爭總線，當(dāng)發(fā)作抵觸的時分，就得重發(fā)數(shù)據(jù)，最多能夠嘗試16次之多。很顯著這種解決抵觸的機制是以付出時刻為代價的。而且一旦呈現(xiàn)掉線，那怕是只是幾秒種的時刻，就有或許形成整個出產(chǎn)的停止乃至是設(shè)備。人身安全事故。這種方法很難滿意工業(yè)操控范疇對實時性的要求；這也是以太網(wǎng)技能進入工控范疇的技能瓶頸o3.2.2適應(yīng)性與可靠性：

以太網(wǎng)在規(guī)劃之初是按作業(yè)環(huán)境規(guī)劃的。并不是從工業(yè)網(wǎng)出發(fā)的。當(dāng)它應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，面臨惡劣的工況，嚴峻的線間干擾等，這些都必然會引起其可靠性降低。而在實踐工業(yè)出產(chǎn)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)有必要具有較好的可靠性、可恢復(fù)性、以及可維護性。即確保一個網(wǎng)絡(luò)體系中任何組件發(fā)作毛病時，不會導(dǎo)致應(yīng)用程序，操作體系。乃至網(wǎng)絡(luò)體系的潰散和癱瘓。

2.2.3工業(yè)自動化操控的應(yīng)用層協(xié)議

現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)中界說的應(yīng)用層協(xié)議所界說的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適合應(yīng)用于工業(yè)進程操控范疇現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通訊。因此，還需界說一致的應(yīng)用層規(guī)范。

2.2.4實質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)以太網(wǎng)如果用在易燃易爆的風(fēng)險作業(yè)場所，有必要考慮實質(zhì)安全問題。別的，工業(yè)以太網(wǎng)因為運用了TCP/IP協(xié)議，因此或許會受到包括病毒、黑客的不合法入侵與不合法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。

2.3以太網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用的解決機制

跟著網(wǎng)絡(luò)技能的不斷開展，以上呈現(xiàn)的問題現(xiàn)已徹底或部分得到解決。

2.3.1交流式以太網(wǎng)技能

為了改善以太網(wǎng)負載較重時的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，選用全雙工通訊，能夠徹底避免ESMA/CD中的磕碰，而且能夠方便地完結(jié)優(yōu)先級機制，確保網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大利用率和最好的實時功能，它徹底避免了CSMA/CD、主從、令牌等或許的低功率。

2.3.2高速抗擾以太網(wǎng)

咱們知道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的負載越大的時分，發(fā)作抵觸的概率也就越大。有資料顯示當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)的負荷低于36%時，基本上不會發(fā)作抵觸。在負荷為1O%以下時，10M以太網(wǎng)抵觸機率為每五年一次。

100M以太網(wǎng)抵觸機率為每15年一次。但超過36%后跟著負荷的添加發(fā)作抵觸的概率是以幾何級數(shù)的速度添加的。明顯進步以太網(wǎng)的通訊速度，就能夠有用降低網(wǎng)絡(luò)的負荷。幸運的是現(xiàn)在以太網(wǎng)現(xiàn)已呈現(xiàn)通訊速率達100M/s。1G/s的高速以太網(wǎng)。再加上詳盡全面的規(guī)劃及對體系中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的數(shù)量和通訊流量進行操控，和工業(yè)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出產(chǎn)廠商采取了專門的抗干擾辦法，使其愈加契合工業(yè)需求，徹底能夠選用以太網(wǎng)作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

2.3.3應(yīng)用層協(xié)議方面

用戶能夠根據(jù)需求對TCP/IP協(xié)議棧進行增減，別的還需求擬定愈加契合工業(yè)要求的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2.3.4實質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò)安全

設(shè)備出產(chǎn)商供給適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的器件，運用密封性好，鞏固、抗轟動的以太網(wǎng)設(shè)備與連接件用來解決實質(zhì)安全問題；選用用戶暗碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機制加強網(wǎng)絡(luò)的安全辦理，但針對工業(yè)自動化操控網(wǎng)絡(luò)安全問題的解決方案還需求仔細研討。

結(jié)論

綜上所述。工業(yè)以太網(wǎng)操控體系與其它操控體系相比較具有很大的優(yōu)勢，能夠應(yīng)用在多種工業(yè)操控范疇。跟著集成電路、工業(yè)以太網(wǎng)和嵌人式Internet技能研討的進一步深入，根據(jù)以太網(wǎng)的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)年代將會很快到來，并成為最具敞開性的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這種新式的網(wǎng)絡(luò)體系，與現(xiàn)場總線在以太網(wǎng)方面的開展相呼應(yīng)，對傳統(tǒng)的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)是一個革新，必將為工業(yè)操控范疇帶來新的天地。但是，在某些范疇例如：轎車操控體系、數(shù)控機床等，因為其作業(yè)條件惡劣、實時性、可靠性要求高，均不適合工業(yè)以太網(wǎng)。從現(xiàn)在趨勢來看，工業(yè)以太網(wǎng)進入現(xiàn)場操控級毋庸置疑。但至少現(xiàn)在看來，它還難以徹底取代現(xiàn)場總線，作為實時操控通訊的單一規(guī)范，在很長的一段時期內(nèi)已有的現(xiàn)場總線仍將持續(xù)存在，最有或許的狀況是開展一種多種網(wǎng)絡(luò)并存的混合式操控體系。

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