以太网(Ethernet)技术的普及无处不在,它支持几乎所有的网络协议,因此在数据信息网络中得到了广泛应用。其优势包括传输速度快、能耗低、便于安装和兼容性好等。随着网络技术的发展和工业控制领域对网络功能要求的提高,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集成,具有显著优势。
以太网由于支持几乎所有流行的网络协议,在商业系统中被广泛采用。近年来,随着互联网技术的进步,以太网已经开始涉足自动化系统,形成了新型以太网控件技能。这主要是因为工业自动化系统向分布式和智能化操作转变,对开放透明且通用的通信协议有更高需求。
将Ethernet技术引入到工业控制领域,其技能优势非常明显:1. 以太网是一个完全开放、全数字化的网络,可以轻松实现不同厂商设备之间互联;2. 它能够实现无缝连接Industrial Control Network(ICN)与Enterprise Information Network(EIN),构建企业级统一管理平台,如图所示;3. 硬件成本较低,因为Ethernet 技术已非常成熟,有多种软件开发环境和硬件设备可供选择;4. 通讯速率高,可满足企业信息系统日益增长且复杂度提升后的通信需求,并可以传输音频、视频数据;5. 可持续发展潜力大,在快速变化的信息时代,企业生存与发展高度依赖于一个快速而有效的人工智能管理平台,从而保证了Ethernet 技术不断向前发展。
然而,将Ethernet 进入Industrial Automation Field 也存在一些挑战,其中最主要的是:1. 实时性问题:当前使用CSMA/CD介质访问机制,这可能导致竞争冲突,使实时性的保障变得困难;2. 对于 Industrial Environment 的适应性与可靠性:原设计为办公室环境,不易抗干扰外观设计等符合 Industrial现场 需求;3. 适用于 Industrial Automation 应用层标准缺失,现在应用层协议并不适合用于 Industrial Process Control 间实时通讯需要界定统一标准;4 实际安全和Network Security: 在危险作业场所如易燃易爆区域必须考虑实际安全问题;5 QOS(Quality of Service): 随着技能进步下面层信号不再限于数字模拟量,而是包含Audio及低分辨率Video信号; 网络应根据不同用户需求及内容适度地保证QoS要求.
随着 Ethernet 技术不断完善,上述问题也得到部分或全部解决。在未来,由于快速交换式 Ethernet 技术使用全双工通信方式,可以避免 CSMA/CD 中的问题并确保优先级机制,从而最大程度利用带宽并提供最佳实时性能。此外,由于不同的 industrial 环境需要对抗干扰措施进行改进,使之更加符合 industrial 需求。在应用层上用户可以根据需要增减 TCP/IP 协议栈,并制定更符合 industrial 需求的一套 network 协议。此外,还需针对 industrial automation 控制 network 安全进行深入研究。而 QOS 问题则因提高 network 速度以及进一步完善 protocol 而得到解决。
总结来说,与传统 control systems 相比,以 太 net 工程控 制 系 统 具 有 明 显 的 益 处 能 应 用 到 多 种 工 业 控 制 范 畴 上 随 着 集 成 电路 工 业 以 太 网 和 嵌 入 式 Internet 技 术 研 究 的 深 入 开 发 基 于 以 太 网 的 工 业 控 制 网 络 将 会 快速推广 并 成 为 最具开放性的工业控管体系结构。这将为现有的现场总线提出革新,为行业带来新的可能性。但至少目前看来,它无法完全取代现场总线作为单一标准。在未来的很长时间内,我们会看到混合式控管系统,即各种类型结合工作。