淺談基于工業以太網的網絡控制技術

王信　陳丹

摘要：以太網（Ethernet）是一種公共總線型局部網絡控制技術，是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。以太網以應用范圍廣、通信速率高、價格成本低、共享能力強等優勢特點，已成為局域網絡控制技術的主流，在事業單位、工礦企業、辦公環境、過程監控、生產調度和人力資源等領域得到十分廣泛的應用，成效顯著。

關鍵詞：工業 以太網 網絡控制 技術

中圖分類號：TN431 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0027-01

Abstract：Ethernet （Ethernet） is a kind of common bus type local network control technology， and it is the most common communication protocol standard. Ethernet with wide application range， high communication speed， cost is low， the sharing ability strong and so on characteristics， has become the mainstream in the local area network control technology， has been widely used in the field of public institutions， industrial and mining enterprises， office environment， process monitoring， production scheduling， and human resources， and achieved remarkable results.

Key Words：Industry； Ethernet； network control； Technology

隨著計算機技術、自動化控制、信息集成、通訊管理和網絡連接的快速發展，網絡作為信息交換的一種工具正全面快速覆蓋到工廠現場設備設施到管理、系統控制和運行等各個層面。

1 工業以太網技術發展現狀

以太網（Ethernet）是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。以太網絡使用CSMA/CD（載波監聽多路訪問及沖突檢測）技術，沖突采用CSMA/CD協議控制。以太網的標準拓撲結構為總線型拓撲結構，使用交換機（Switch hub）來進行網絡連接和組織。工業以太網的發展體現以下方面：

（1）確定性與實時性：太網采用CSMA/CD方式，在網絡負荷增大的情況下，網絡傳輸的不確定性就不能夠很好的滿足工業控制實時要求，當快速以太網和交換以太網兩者之間的發展與結合，解決以太網的非確定問題已迎刃而解。

（2）穩定性與可靠性：在工業生產環境里，Ethernet在性能上應具備相對穩定的可靠性、恢復性和維護性，更好解決工業應用領域不間斷和極端條件下網絡的穩定性問題，目前，德國Hirschmann、SIEMENS等公司專門研究、開發和生產了Ethernet交換機等相關產品。

（3）安全性：工業Ethernet存在的安全性問題是工業系統的網絡安全。在一般情況下，以太網能夠采用網關、防火墻、專用殺毒軟件對威脅到工業網絡與外部網絡進行隔離，還可以使用權限控制、數據加密、數據備份等多種安全手段對網絡安全加以控制和消除。

2 工業以太網的優勢

（1）應用范圍廣：當前應用最為廣泛的計算機技術當屬以太網技術，目前工業編程使用的java、Visual、C++、 c語言、 besic 、SQL等編程語言都是支持以太網應用開發的語言。

（2）通信速率高：普遍使用的以太網網絡速率已到10、100Mbps以上，有的甚至已在1Gbps以上。對傳統現場總線僅為12Mbps的最高傳輸速率優勢明顯。

（3）價格成本低：以太網網卡的價格與現場總線網卡價格之比約為1/10；系統的開發和培訓費用的降低可以通過大量的軟件資源和設計經驗來解決，在降低系統的整體成本的同時，還大大加快了系統的研究、設計、開發和推廣速度。

（4）共享能力強：隨著互聯網技術的迅猛發展，以太網已滲透到地球村的各個角落，網絡用戶已破除地理位置的時空限制，通過聯入互聯網的任何一臺計算機，都能隨時隨地的瀏覽工業生產現場控制的數據。

3 工業以太網在控制領域應用

（1）混合Ethernet/fieldbus的網絡結構。工業以太網作為新的控制網絡與傳統的現場總線相比優勢顯現，現場總線各大廠家倍感壓力，爭先恐后進入到工業以太網研發大潮中，同時，加大對工業以太網的研發經費和力量，先后推出了基于以太網技術的一系列新產品，部分產品已經進入廣泛應用。

（2）基于web的網絡監控平臺。嵌入式以太網已成為當前網絡應用熱點，嵌入式以太網通過internet使所有連接網絡的設備彼此互通，采用獨立的以太網控制器，充分發揮以太網控制器橋梁作用，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-485接口的現場設備。

4 工業以太網技術的發展前景

由于以太網具備廣泛的應用范圍、較高的通信速率、豐富的軟硬件產品、成熟的應用支持技術、價格成本低、共享能力強等優點，從目前國際、國內工業以太網技術的發展來看，世界部分權威機構預測，以太網取代現場總線已成必然。在美國，已經有許多工業以太網用于IO控制的例子，即變頻器、遠程IO站全部用工業以太網連在一起的全以太網結構，取代了現有的現場總線。到如今，網絡傳輸速度從早期的10MbpS發展到目前的1Gbps，配合多模光纖技術和頻分復用技術，傳輸速度還有可能進一步增加；網絡機理從早期的共享式發展到目前盛行的交換式，并開始逐步引入流量控制機制。