从工业网络到车载系统揭秘工业以太网与Can总线双重引擎的力量

以太网(Ethernet)技术支持着无所不包的网络协议,因此在数据信息网络中得到了广泛应用,拥有传输速度快、能耗低、便于安装兼容性好、开放性高以及支持设备多等众多优势。随着网络技术的进步和工业控制领域对网络功能要求的不断提升,以太网正逐渐进入工业控制领域,形成了新的以太网控制网络技术。工业以太网的开放性使得工业控制网络与企业信息网络之间无缝整合具有不可比拟的优势。

以太网由于其高传输速度、低能耗、易于安装以及良好的兼容性,因而被广泛选用于商业系统。近年来,以太网进入了操控领域,并形成了新型的以太网操控网络技术。这主要是因为工业自动化系统向分布式和智能化操控发展,其开放且透明的通信协议是必需条件。

将以太网技能引入到工业操控中,其技能优势十分突出:1. 以太网是一个全开放,全数字化的网络,它遵循不同的厂商设备可以轻松实现互联;2. 以太网能够实现工业操控网络与企业信息网络之间无缝连接,从而形成企业级统一管控的一体化全开放式 网络,如图2所示;3. 硬件成本较低,因为以太網技術現已非常成熟,支撐於乙級網絡技術已经受到制造商高度重视并得到广泛支持,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择;4. 通信速率高速,与企业信息系统规划扩大和复杂程度提高相伴,对数据量需求日益增长,有时甚至需要音频视频数据传输,现在乙級網絡通讯速率为10M/100M快速乙级網絡开始普及,而千兆乙级網路正在进一步成熟,以及10G乙级網路也正在研究,其速率远超目前现场总线;5 可持续发展潜力巨大,在这个瞬息万变信息时代,企业生存与发展将很大程度上依赖一个快速有效通讯管理平台,这样保证了乙級 網絡技能不断前行。

然而,以 太 网 技 术 进 入 工 业 控 制 领 域 同 时 也 存 在 一 些 难题 其 中 首 要 是:

1 实时性问题:因為選擇 CSMA/CD 的介質訪問協議方法,這種方法對錯實時性的要求很難滿足。一條總線上掛多個節點平等競爭總線,這種方法很難滿足工業控制領域對實時性的要求。

2 對工業環境適應與可靠性:因為它是根據辦公環境設計,所以需要抗干擾才能外觀設計等符合工業現場要求。

3 適用于工業自動化操作應用層協議:現在資訊網路中的應用層協議所界定的數據結構等特性不適合應用於工業過程操作范畴間設備之間實時通訊。

4 實質安全與網絡安全:如果使用在易燃易爆風險作業場所,必須考慮實質安全問題。而且,由於使用TCP/IP協議,因此可能會遭遇病毒黑客攻擊等非法入侵與非法操作威脅。

5 QOS(Quality of Service)問題:隨著技術進步,在工廠控制底層信號不僅限於單純數字模擬量,而是包含Audio及低分辨Video信號,需要按照不同用戶需求及內容進行適度保障實時性能。

隨著技術進步,上述呈現出的問題已經部分或完全得到解決。在最近幾年,我們看到了快速交換式Ethernet技術,它通過全雙工通訊方式,可以避免CSMA/CD中的碰撞,並且可以輕鬆地實現優先權機制來保證最佳效率。此外,用戶還可以根據自己的需求對TCP/IP協議進行增減或定義更符合企業需求的一致標準。此外,用戶還有選擇習慣Industrial環境專用的設備,並采用密封良好堅固耐震物品來處理安全問題。同時,也採取了一系列保護措施包括加密暗碼防火牆來強化保護。但由於Industrial Automation Network Security仍然存在許多挑戰並未獲得充分關注。最後QoS(Quality of Service)問題也得到了改善。

總體而言,不同于傳統の现场总线系統,以 太 网 技 术 提供了一系列独特优点,使其成为适应各种 industrial control scenarios 的理想解决方案。不久后,我们预计基于 Ethernet 的 industrial control network 将会成为行业内最具 开放性的体系结构之一。这一转变将彻底改变我们对 industrial automation network 构建方式,同时为未来带来了更多可能性。但尽管如此,一些特殊场景,如汽车电子或者数控机床,由于恶劣环境、高实时性需求以及极端可靠性的要求,将继续保持现场总线作为主要沟通手段。在长期内,看似一种混合模式,即同时运用现场总线和其他类型networks,将会成为我们的标准做法之一。在这种情况下,我们必须确保所有这些不同类型networks都能协同工作,无间断地提供服务,并满足各自所需水平。

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