以太网(Ethernet)技术支持几乎所有网络协议,因此在数据信息网络中得到了广泛应用,拥有高速传输、高效能耗、便于安装、良好兼容性、高敞开性和支持多种设备等优势。随着网络技术的发展和工业控制领域对网络功能的要求不断提高,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。工业以太网的敞开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。
以太网由于其高传输速度、低能耗、易于安装以及良好的兼容性,在商业系统中被广泛选用。近年来,以太网已开始进入操控领域,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转变,对开放透明的通讯协议有了更高要求。
将以太网技能引入到工业操控领域,其技能优势非常显著:1. 以太网是一个完全开放、完全数字化的通信方式,它遵循标准协议,使得不同厂商设备能够轻松互联;2. 以太网可以实现无缝连接 industrial control network 和 enterprise information network,从而构建企业级全开放的一体化管理,如图所示;3. 硬件成本较低,因为当前已经成熟且得到各大厂商高度重视和广泛支持,有各种软件开发环境和硬件设备供用户选择;4. 通信速率快速,与企业信息系统规划扩展及复杂程度提升相适应,对信息量需求日益增长,有时甚至需要音频或视频数据传输,现在10M/100M高速乙ernet正在普及,而千兆乙ernet技巧也在不断完善,10G乙ernet正在研究,其速度远超目前现场总线;5. 可持续发展潜力巨大,在这个瞬息万变的信息时代,企业生存与发展依赖一个快速有效通信管理体系,加强了信息技巧与通信技巧开发,为确保乙ernet技巧不断前进奠定基础。
然而,以太-net 技术进入工控行业同样面临一些挑战,其中最主要的是:1. 实时性的问题,由于使用CSMA/CD介质访问控制方法,这种方法不能保证实时性能,一条总线上多个节点平等竞争总线资源,这种方式难以满足工控对实时性的要求,这也是它进入工控行业的一个瓶颈; 2. 工业环境适应能力与可靠性,以太-net 设计用于办公室环境需要抗干扰能力外观设计符合生产现场要求; 3 应用层协议适用性问题,不同场景下的应用层协议特点不适合直接应用到工艺过程中的实时通讯; 4 安全问题包括物理安全考虑以及可能受到病毒攻击等网络安全威胁; 5 QoS(Quality of Service)问题,即根据不同的内容提供优先服务,但这也会影响到其他用户的情况。
随着技能进一步深入解决以上提到的问题,如今的问题已得到部分或全部解决。近年来出现了一些快速交换式以 太-net 技术,可以避免CSMA/CD冲突并通过优先级机制最大限度地利用带宽并提供最佳实时性能。此外,对抗干扰措施也有所改善,使其更加符合 Industrial 环境需求。此外,还有针对 Industrial 需求进行增减TCP/IP 协议栈,以及制定更为 Industrial 需求导向 的通讯规范。此外还有一些专门为了Industrial 环境设计出来耐用的器材,以及加密措施来增加物理安全保护。但对于Industrial 控制 网络安全仍需继续探讨。而QOS 也随着速度提升和协议完善而得到改善。
因此,我们认为Industrial Control Network 将会越来越依赖基于Ethernet 的Network Architecture。这一趋势将为现有的Control System 带来革命性的改变。但至少目前看起来,它很难彻底取代现场总线作为唯一Real-Time Communication 标准。在未来的长期内,大概会是两者共存,最终可能形成一种混合型Control System 结构。