關于工業控制網絡的發展現狀及趨勢的研究

摘 要：傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大基礎。隨著這些技術不斷被應用，工業控制網絡憑借其速度快，緊跟時代的步伐，具有較好的開放性等優點深受大家喜愛，這就奠定了工業控制網絡的重要位置，目前很多通信和先進的行業中，我們都可以發現工業控制網絡的影子。文章重點討論工業控制網絡的特點及其發展趨勢，以及對工業以太網的研究。工業控制網絡就是將自控系統與設備之間建立聯系，讓它們之間可以溝通信息，通過網絡來對它們進行管理，這就給管理帶來很大的便利，這一連接構成了企業網絡的主體。隨著工信行業的發展，使整個社會生產發生轉型，發展方向是自動控制、智能控制，這樣就可以很好地早辦公室里就可以通過網絡控制工業自動化，目前使用的最普遍的就是以太網，現場總線的類型已經不能滿足現在的需要。工業控制網絡作為一種新技術去適應新形勢。工業控制網絡的出現，推動著控制技術的前進，將這個領域推動到另一個新的臺階。

關鍵詞：工業控制網絡；以太網；現狀；發展趨勢

1 工業控制網絡的研究現狀

以前的工業控制網絡計算機系統為集散控制系統DCS，已經棄用了原始的計算機集成系統CCS，后來又升級到現場總線控制系統，一步一個腳印，到現在以太網步入工業控制領域，使大量的起源于以太網的工業控制網絡應運而生。同時，隨著無線技術的快速發展，這個技術也運用在工業控制網絡方面，二者的結合，使得工業控制網絡更加完善化，是其使用更加方便，還節省了電纜量，使得安裝更加簡便。國外關于以太網控制網絡的研究已經到達開發階段，已告別了理論階段。NETsilicon公司使用NET+ARM體系，這個體系能夠生產嵌入式Ethernet/Internet 芯片；能運行FTP/HT TP/TCP/ UDP 協議， 并服務于傳感器、驅動器等現場設備的具有10-Base T 以太網接口嵌入式以太網控制器，由惠普公司應用IEEE 1451. 2 標準生產。

2 工業控制網絡及其特點

2.1 工業控制網絡

在現場總線技術的基礎上發展了工業控制網絡，它是用具有數字通信能力并能大量分散在生產現場的測量控制儀表作為網絡節點而構成的。工業網絡具有很高的公開性，對于通信協議的要求也很高。它的運作主要是把現場的設備之間的信息可以自由交流，在這樣就更容易完成控制系統的任務，完成速度更快，與工業控制網絡相比，現場總線就不能很好地完成這個任務。

2.2 工業控制網絡的特點

工業控制網絡同時具有諸多特點。它具有實現互連設備間、系統間的信息傳遞與溝通的互操作性；還具有可以與世界任何地方遵守同標準的其它設備連接的系統開放性；與此同時，工業控制網絡還可以與紅外線、電力線、同軸電纜等很多設備合作，這就使得它可以適應不同的現場環境；還有一個明顯的特點就是通信實時性，能提供相對應的實時通信，具有時間管理功能。

3 作為工業控制的以太網及其優勢

3.1 以太網

以太網通常被認為是一種非確定性的網絡系統，由于其采用帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協議（CSMA/CD）。將以太網用于工業領域，目前很多人們關心的熱點問題。而一個完整的工業以太網將由管理層、控制層以及設備層構成，各層之間都會有信息交流，而且因為諸多實際因素的影響，使各層之間的應用的網絡技術也不一樣。當以太網發展到現在的交換式以太網時，很多技術性問題都得到了解決，比如采用交換機可以避免線路沖突，因為接入網絡的節點各自占用一條線路；還采用非屏蔽雙絞線，具有很好地抗干擾能力，從而解決很多技術問題。

3.2 與其他控制網絡相比以太網具有的優勢

以太網不僅可以滿足各個層次的需求，統一控制網絡和企業信息網絡，而且可以降低成本。主要在兩個方面，一是以太網通信設備費用低，二是以太網便于操作，因此很多人能熟練操作，減少了培訓費和相關設備維修費。與現場總線價格相比，以太網要更加經濟實惠，而且以太網具備現場總線所沒有的優點，以太網可以很好地滿足多種控制環境的要求，目前越來越多的使用者開始將目光聚集在以太網上，這也預示著以太網將在控制網絡方面的占有重要地位。

4 發展趨勢

工業控制網絡的發展歷程是分步驟的，從傳統的控制網絡發展到較為先進的現場總線，再后來隨著科技文明的進步，發展為現在研究熱點工業以太網以及到無線網絡控制。未來工業網絡的發展需要從通信的實時性，安全性和可靠性來努力，想要達到這個層度也不是很簡單的，實現多總線路集成，實時異構網絡也是將來發展的一個重要方向。

4.1 工業控制網絡的方向

現如今企業的經營方式隨著互聯網和其相關技術的出現和發展，已經被改變了很多，它使信息通信環繞在整個社會生活中，并在很大的范圍內得以貫穿，世界上有文明的地方就有工業控制網絡。在一些領域里，例如辦公自動化領域里，辦公設備中出現了互聯網技術的支持。除此之外，在制造加工工業中，在互聯網的基礎上，開放式的、透明的商業運作是新技術的發展方向。

4.2 更高的帶寬

更高的帶寬是高性能工業控制網絡的要求，要增加帶寬，首先要分散控制數據，在將來的幾年里，分散控制系統會產生增加二十到三十倍的制造信息。同樣地，PLC 從場地設備采集的信息預計也會增加一二十倍。在自動化控制和通信設施中，如果總使用新的處理體系和技術，網絡很可能無法承載，離散的網絡組織也可能產生瓶頸效應從而對網絡變成透明的、覆蓋企業范圍的應用實體產生阻礙。以太網的標準帶寬是10Mbps，近期研究高速以太網，其速度能達到百兆甚至千兆，從而能夠成為企業大范圍內的主干網絡。在這種狀況下，只有以太網能滿足大家的需要，這同時也促進了多樣控制網絡的出現。

4.3 開放性的工業控制網絡體系

隨著經濟全球化的發展和大部分產品周期的提高，為了降低生產成本，企業大都應用互聯網、智能設備和服務器式應用系統以及無線通信等新技術。雖然這樣確實降低了成本，但同時這些新技術和商業過程無法避免地生成了很多數據，這些數據分配又是一個難題。雖然在執行方式上，硬件和軟件不同，但它們在商業系統中具有相同的本質標準，那就是開放式的生產管理體系。這種體系能使企業脫離單一的設備維護費用的運作方式。除此之外，開放式的系統使動態的制造數據得以釋放，在整個企業網絡范圍內，使我們的管理者能能把數據自由地分配給廣大使用者，從而提高了企業的工作效率。

5 結束語

隨著計算機技術、通信技術、無線網絡技術的快速發展，人們都在思考如何利用這些技術來很好地發展其他行業，也是避免被突飛猛進的科學技術發展所淘汰。要實現設備互相操作的兩大關鍵技術是功能塊和設備描述，根據程序設計中的模塊組件技術和Windows 程序設計中的設備無關技術，可以在現場總線中應用，自動化系統和設備是發展的主流。在未來的幾年里，很可能出現幾大總線標準共存。因為現場總線技術的興起，是工業底層網絡的一個新的篇章。并促進企業網絡的發展，為企業贏得更多的利益，所以被廣泛應用，而且還促進了自動化相關行業的快速發展，為我們的生產生活提供了便利，使人類文明更上一層樓。

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