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,具有传输速度快、能耗低、便于安装兼容性好、开放性高和支持设备多等方面的优势。随着网络技术的发展和工业控制领域对网络功能要求不断提高,以太网正逐步进入工业控制领域,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实现无缝整合,具有不可比拟的优势。
以太网由于其传输速度快、能耗低易于安装兼容性好等优点,在商业系统中被广泛使用。近年来,以太网进入了智能化操控领域,为分布式智能化操控提供了必要通讯协议。
将以太网技能引入到工业操控范畴,其技能优势显而易见:1. 以太网是全开放全数字化的网络,可以让不同厂商设备通过遵循标准化的通信协议进行互联;2. 以太网能够实现工业控制网络与企业信息系统之间无缝连接,从而形成一个统一管理的一体化平台,如图2所示;3. 硬件成本较低,因为现代软件开发环境和硬件设备已经成熟且受到大量生产厂家的重视和广泛支持;4. 通信速率高,不仅可以满足日益增长的人机交互需求,还可以处理音频视频数据流传输,现在10M/100M高速以太網已开始普及,而千兆以上甚至十万兆带宽也正在研究,这些都远超现场总线之速;5. 可持续发展潜力巨大,在快速变化时代,企业生存发展依赖于有效高效迅捷可靠通信管理体系,加强信息技能与通信能力将促进其更加敏捷且成熟,从而确保以太網技術不断向前发展。
然而,以太網技術进入工控领域也面临一些挑战,其中包括:1. 实时性问题:CSMA/CD介质访问方式难以为实时操作提供保障,一条总线上的多个节点平等竞争资源可能导致延迟或冲突,这对实时性的要求是个挑战。这也是阻碍以 太網進人工控領域發展瓶颈之一;2. 对应适应性的习惯性与可靠性的需求:设计办公室环境背景下的电子产品需要抗干扰性能、高安全度外观设计符合严苛条件;3. 应用层协议适用性问题:现有应用层标准并不完全适用于实时通讯需要,如结构特征不符;4 安全考虑:当涉及危险作业场所时需考虑实际安全问题,并防止未授权访问攻击;5 QOS(Quality of Service)管理:随着越来越多种类型信号(如Audio, Video)加入底层通讯中,对QOS要求更为复杂.
尽管如此,由于这些挑战得到解决或部分改善,如今的问题已经得到一定程度上解决。例如新兴快速交换型Ehternet采用全双工模式避免了CSMA/CD可能出现的问题并允许优先级策略,使得最大的带宽利用率和最佳实时性能得到了保证。而针对不同的工作环境制造商采取了一系列抗干扰措施使其更加适合工作场景。此外用户可以根据自身需求调整TCP/IP栈并制定更符合行业标准的应用层协议。在安全方面设备制造商提供耐用的材料以及加密技术来保护物理安全,同时结合密码认证、数据加密以及防火墙等手段增强整个系统安全。但对于自动化行业中的特殊安全考量还需进一步探讨。最后随着流量提升以及协议完善QoS问题也获得了解决。
总结来说,虽然存在诸多挑战,但相较之下,以 太網 技术在 Industrial Control System 中展现出了明显优势,它能够广泛地应用在各种 Industrial Control Field 中。而随着集成电路、Industrial Ethernet 和嵌入式 Internet 技术研究深入,我们相信基于 Ehternet 的 Industrial Network 将会成为未来最具开启性的 Industrial Control Network 架构。不过,由于某些特殊场合如汽车或数控机床等因其恶劣条件、高度要求难以为予Ehternet命名。在很长一段时间内现有的现场总线仍将保持存在,最有可能的情况是建立一种混合式调试系统,即同时使用不同类型的 networks 来满足具体任务需求。
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