工業控制以太網協議與實現方式分析

汪 科

湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，湖南 株洲 412001

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工業控制以太網協議與實現方式分析

汪 科*

湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，湖南 株洲 412001

一、工業控制解析

計算機、網絡等先進設備的存在，使得當前的信息交換已經發展到一定的高度，其覆蓋領域也逐漸擴大。近年來，現代化通信技術的出現，使得工業控制網絡概念產生。工業控制網絡是一種特殊的網絡，其直接面向生產，是工業生產運行一線測量與控制信息傳遞的重要渠道，同時，其還會引發物質或者能量的運動與轉化。故而，人們認為，工業控制必須要具有實時性、可靠性、抗干擾性等多個特殊的要素。為了保證這些特性的存在，工業控制也經過了長期的演變。從最早集中控制，到后續的分散控制，再到如今的總線現場控制。可以說，其發展完全符合工業生產的實際需求。然而，當前的現場總線技術在控制上，還存在一定的問題。這就使得其工業控制存在瑕疵，無法適應工業生產的實際需求。

二、以太網協議內涵

在網絡運用過程中，為了保證其運用效果，都會以一定的規范，來限制一些操作。以太網協議其本質上就是一種技術規范，而非具體網絡形式。該種規范，準確的定義了局域網中采用何種電纜類型與信號處理方法。以太網在互聯設備之間的信息傳遞速率為10-100Mbps。目前，其已經成為局域網最為通用的通信協議標準。以太網協議可以分標準以太網、快速以太網、千兆以太網。千兆以太網技術作為最新的高速以太網技術，目前應用范圍相對較廣，且該種技術在使用中，存在價格便宜、速度快等優點，給用戶帶來了提高核心網絡速度的體驗。

圖1 工業以太網通信模型圖

三、工業控制以太網協議的工作原理與作用解析

在工業控制中的網絡協議，其不僅僅需要具有信息傳遞的作用，還需要借助其信息傳遞的功能，來完成系統的自控。也就是說，其既是一個通信系統也是一個控制系統。在整個運用中，其需要完成數據傳輸，同時，還需要根據其傳輸的信息與指令，來執行一些控制性的行為，這些都需要多個網絡節點來協調完成。因此，對于工業控制以太網協議來說，其還具有一定的開放系統的要求。上圖1為工業控制以太網協議的通信模型圖。在該圖1中，適當的簡化了ISO/OSI模型，并且，根據不同的作用，將其層次加以劃分，形成高層應用層與用戶層、底層數據連接層與物理層。其中，高層功能為控制性運行，其保證數據的處理與指令發出后的執行；底層的功能為信息介質，也就是傳輸各種信息。中間實際上，是一個交換層。

四、工業控制以太網協議的發展前景

(一)應用要求

工業以太網協議的使用，其必須要滿足工業控制的幾個基本需求。第一，安全性。工業生產的環境相對復雜，在人力逐漸撤去，自動化系統優化的背景下，其發生危險的可能性也相對提高。在這種狀況下，形成的控制系統，必須要保證其安全性。工業以太網能夠對設備、環境等多個方面進行監督，并及時的發出指令處理，安全性較高。第二，可靠性。數據傳輸是否正確，直接影響著設備的操作與控制指令是否正確。在傳統網絡協議中，其技術規范欠缺，很容易使得信號受到影響，從而導致其傳遞出不正確的信息，自然運行可靠性無法保證。第三，環境適應性。以太網協議其作為一種技術規范，其實際上還是需要一定的設備來幫助完成，而工業環境過于復雜，可能會對設備造成一定的損害。因此，在設備的制作上，必須要符合使用環境。另外，部分工業生產，還會對信號產生影響，這也需要設備優化來進行調整。第四，安裝便捷。工業生產其本質上也是盈利行為，其必須要考慮成本問題。如果安裝過于復雜，其可能會提高時間成本與經濟成本。

(二)發展前景

工業控制系統是實現自動化生產的關鍵，也是推動現代工業實現的重要途徑。從本質上來說，工業控制系統將隨著信息技術的發展進入網絡化、自動化。但是，其在實踐上，或多或少都會存在障礙。尤其是信號準確性的保證與抗干擾的強度，是其使用中最重要的影響因素。以太網協議其能夠有效地提高信息傳輸的準確性與效率，且安裝與維護便捷，降低了工業生產成本，安全性較好，從這些因素上看來，其十分符合現代工業的發展需求。故而，在未來的發展中，其將更加完善。目前，有相關文獻指出日后的以太網將會逐漸壟斷通信市場，無論是商業計算機網絡通信還是工業控制系統，都將受到限制，其必將成為現場總線技術的基礎協議。

五、小結

工業生產現代化要求工業控制不斷優化，引入更為先進的技術。以太網協議作為一種局域網協議，其能夠有效地提高通信的安全性與可靠性，從而保證工業控制的實時性與準確性。從這點來說，以太網協議的應用，能夠推動工業的整體發展。但是，在其運用中，不僅需要技術的調整，也需要設備的配合。因此，不同的工業類型，也需要做出具體的改變。希望以太網協議在實際應用中，其能夠真正實現相融統一一網到底，保證工業控制系統的作用發揮。

[1]莊曉燕，周森鑫.工業控制以太網協議實現研究[J].計算機技術與發展，2009，12：243-247.

[2]鄧昌建.工業以太網通訊協議和接口技術研究[D].電子科技大學，2005.

[3]鄒航宇.工業以太網冗余協議研究[D].上海交通大學，2013.

[4]劉澤.伺服控制系統以太網接口的應用研究[D].中國科學院研究生院(光電技術研究所)，2016.

汪科(1978-)，男，湖北武漢人，碩士，湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，講師，研究方向：電氣工程。

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