淺談基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

王信　陳丹

摘要：以太網(wǎng)（Ethernet）是一種公共總線型局部網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)以應(yīng)用范圍廣、通信速率高、價(jià)格成本低、共享能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，已成為局域網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的主流，在事業(yè)單位、工礦企業(yè)、辦公環(huán)境、過(guò)程監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度和人力資源等領(lǐng)域得到十分廣泛的應(yīng)用，成效顯著。

關(guān)鍵詞：工業(yè) 以太網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)控制 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制、信息集成、通訊管理和網(wǎng)絡(luò)連接的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)作為信息交換的一種工具正全面快速覆蓋到工廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施到管理、系統(tǒng)控制和運(yùn)行等各個(gè)層面。

1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

以太網(wǎng)（Ethernet）是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，沖突采用CSMA/CD協(xié)議控制。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用交換機(jī)（Switch hub）來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和組織。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展體現(xiàn)以下方面：

（1）確定性與實(shí)時(shí)性：太網(wǎng)采用CSMA/CD方式，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增大的情況下，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性就不能夠很好的滿足工業(yè)控制實(shí)時(shí)要求，當(dāng)快速以太網(wǎng)和交換以太網(wǎng)兩者之間的發(fā)展與結(jié)合，解決以太網(wǎng)的非確定問(wèn)題已迎刃而解。

（2）穩(wěn)定性與可靠性：在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境里，Ethernet在性能上應(yīng)具備相對(duì)穩(wěn)定的可靠性、恢復(fù)性和維護(hù)性，更好解決工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不間斷和極端條件下網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性問(wèn)題，目前，德國(guó)Hirschmann、SIEMENS等公司專門研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了Ethernet交換機(jī)等相關(guān)產(chǎn)品。

（3）安全性：工業(yè)Ethernet存在的安全性問(wèn)題是工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。在一般情況下，以太網(wǎng)能夠采用網(wǎng)關(guān)、防火墻、專用殺毒軟件對(duì)威脅到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，還可以使用權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份等多種安全手段對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全加以控制和消除。

2 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

（1）應(yīng)用范圍廣：當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)技術(shù)當(dāng)屬以太網(wǎng)技術(shù)，目前工業(yè)編程使用的java、Visual、C++、 c語(yǔ)言、 besic 、SQL等編程語(yǔ)言都是支持以太網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言。

（2）通信速率高：普遍使用的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)速率已到10、100Mbps以上，有的甚至已在1Gbps以上。對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線僅為12Mbps的最高傳輸速率優(yōu)勢(shì)明顯。

（3）價(jià)格成本低：以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡價(jià)格之比約為1/10；系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用的降低可以通過(guò)大量的軟件資源和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決，在降低系統(tǒng)的整體成本的同時(shí)，還大大加快了系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和推廣速度。

（4）共享能力強(qiáng)：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到地球村的各個(gè)角落，網(wǎng)絡(luò)用戶已破除地理位置的時(shí)空限制，通過(guò)聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)，都能隨時(shí)隨地的瀏覽工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制的數(shù)據(jù)。

3 工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域應(yīng)用

（1）混合Ethernet/fieldbus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)作為新的控制網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線相比優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線各大廠家倍感壓力，爭(zhēng)先恐后進(jìn)入到工業(yè)以太網(wǎng)研發(fā)大潮中，同時(shí)，加大對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)和力量，先后推出了基于以太網(wǎng)技術(shù)的一系列新產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入廣泛應(yīng)用。

（2）基于web的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)。嵌入式以太網(wǎng)已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用熱點(diǎn)，嵌入式以太網(wǎng)通過(guò)internet使所有連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備彼此互通，采用獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器，充分發(fā)揮以太網(wǎng)控制器橋梁作用，連接具有TCP/IP界面的控制主機(jī)以及具有RS-232或RS-485接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

4 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景

由于以太網(wǎng)具備廣泛的應(yīng)用范圍、較高的通信速率、豐富的軟硬件產(chǎn)品、成熟的應(yīng)用支持技術(shù)、價(jià)格成本低、共享能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，世界部分權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，以太網(wǎng)取代現(xiàn)場(chǎng)總線已成必然。在美國(guó)，已經(jīng)有許多工業(yè)以太網(wǎng)用于IO控制的例子，即變頻器、遠(yuǎn)程IO站全部用工業(yè)以太網(wǎng)連在一起的全以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，取代了現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線。到如今，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度從早期的10MbpS發(fā)展到目前的1Gbps，配合多模光纖技術(shù)和頻分復(fù)用技術(shù)，傳輸速度還有可能進(jìn)一步增加；網(wǎng)絡(luò)機(jī)理從早期的共享式發(fā)展到目前盛行的交換式，并開(kāi)始逐步引入流量控制機(jī)制。