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、开放性高以及对设备多样性的支持等众多优势。随着网络技术的不断发展和工业控制领域对网络功能要求的提高,以太网正逐步进入到工业控制领域,形成了新的以太网控制网络技术。工业以太网的开放性使其在将来可能会无缝整合工业控制网络与企业信息系统。
由于它能够支撑所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。近年来,以太网技能也开始涉足自动化操控领域,为分布式智能化操控提供了通明透明的通信解决方案。这主要是因为现代工业自动化系统向分散、高度智能化操控转型,需要一个开放且灵活的通信协议作为基础。
引入以太网技能到工业环境,其显著优势包括:1. 以太网是一个完全开放和数字化的人工智能平台,无论厂商不同,它们都能轻松互联;2. 以太网可以实现从生产线到办公室之间无缝连接,从而构建出一体化、全面的企业级管控体系,如图2所示;3. 硬件成本低廉,因为以太網技術已經非常成熟,有许多软件开发环境和硬件设备可供选择;4. 通讯速率极快,对于企业信息系统日益增长和复杂的情况下,对数据量需求增加,这些都是现在千兆及更高速率如10G乙 太網已经或正在研究的小问题;5. 可持续发展潜力巨大,在这个瞬息万变时代,企业生存与发展将越来越依赖于一个快速有效的通讯管理体系,并且随着信息技术与通讯技术进一步完善,这种情况只会加剧。
然而,以太網技術进入工業環境時,也面临一些挑战,其中首要的是:1 实时性问题:尽管新型交换式以太網技術避免了CSMA/CD中的冲突,但对于实时操作仍有不足之处;2 对於工業環境耐用性與安全性能:這種設計主要是為辦公室而非工業場地,因此還需要進一步改良以適應嚴苛環境條件;3 工業自動化應用的層次協議問題:現有的協議無法滿足實時數據傳輸需求,這對於緊急情況下的反應時間有嚴重影響;4 實質安全與網絡安全問題:尤其是在危險作業場所使用時,一定要考慮實質安全問題,並防止病毒侵入與未授權訪問等威脅。
隨著技術進步,上述挑戰已得到部分或全部解決。例如,快速交換式乙 太 網 技 术 提供了一種全雙工通訊方式,可以避免衝突並實現優先級機制,使得實時功能更加穩定。此外,不同廠商為了適應各種工業環境,都推出了抗干擾措施來保護設備。而當前的TCP/IP協議栈可以根據需要進行增減,並且正在開發符合工業要求更好的協議。此外,用戶還可以選擇具有良好隔離能力、抗振動能力強的大功率乙 太 網 設備,以及採取密封設計來確保實際安全。在加強數據保護方面,用戶通過暗碼、資料加密等手段來提升系統安全,但對於特定的Industrial Automation Network Security問題仍需進一步探討。此外,由於QOS(Quality of Service)的一般升級,大多数現代企業都能夠處理這個問題。
總結來說,雖然目前现场总线仍然占据主导地位,但隨著集成电路设计、大规模嵌入式互联网项目以及基于Ethernet标准构建未来工业环境的事务日趋紧迫,以后的未来看起来很可能會是一個由Ethenet驱动的大規模改变。但即使如此,在某些特殊領域(如汽车制造业或者数控机床),由于严苛条件和强烈对实时性的要求,這些行业还是不适宜使用Industrial Ethernet,而应该继续保持现场总线作为唯一标准。但從現在的情況看,那么Industrial Ethernet將繼續成為一個不可忽視的情景。在未来的幾十年里,它們將共同存在並運行——每一种都有自己的優點和缺陷,而最终决定哪一种最适合哪个行业则取决于具体情况。