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的无缝整合具有不可比拟的优势。
以太网因其高速传输、高效能耗以及易于配置兼容性而被广泛用于商业系统。此外,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以越来越多地被引入到自动化系统中,以满足分布式智能化操作需求。在这一过程中,开放透明且标准化通讯协议成为了必然要求。
将以太网技能应用于工业操控领域,其显著优点包括:1. 以太网是一种完全开放、全数字化的通信方式,它遵循统一标准,使不同厂商设备能够轻松互联;2. 以太网可以实现从现场操控到企业级管理的一体化全开架设计,如图2所示;3. 硬件成本低廉,因为这些技能已经非常成熟,并受到供应商高度重视和广泛支持,有许多软件开发环境和硬件设备可供选择;4. 通信速率高,可满足企业信息系统快速增长和复杂程度提升带来的更大数据需求,以至于需要音频视频数据传输,现在10M/100M乙 太坊已开始普及,而千兆乙 太坊正在逐渐完善,甚至10G乙 太坊也在研究中,其速率远超当前现场总线;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信管理体系,这也保证了以太 网技能不断向前推进。
然而,将以太 网技能引入到工控领域时,也存在一些挑战,其中主要是:1. 实时性的问题,以太 网使用CSMA/CD介质访问方法,对实时性能有较大限制;2. 工业环境适应能力与可靠性,以 太ネット是为办公室设计,不符合严苛工厂环境要求,如抗干扰能力等;3 应用层协议适应度不足,对现有的应用层标准有诸多限制,从而影响现场设备间实时通讯效果;4 实际安全与防护安全问题,一些场合可能需要考虑实际安全风险;5 QoS(服务质量)问题,在现代工厂运作中,不仅限于数字信号,还涉及音频及低分辨率视频信号,但目前还未解决如何确保各类用户需求得到满足的问题。
尽管如此,上述挑战已经或部分得到解决。近年来出现了快速交换式以 太網 技术,它采用全双工通信方式,可以避免CSMA/CD中的碰撞,并提供优先级机制,为更好的实时性能奠定基础。此外,对抗干扰措施变得更加精细,与制造商合作改进产品结构,同时对于TCP/IP之类底层协议进行增减调整,以及制定符合行业特定的新型通讯规范,都成为提升性能并适应各种工作场景的手段。而通过加密用户密码、实施数据加密以及设立防火墙等安全措施,加强了保护原则同时仍需深入探索针对自动化生产线上的联网设备安全策略。
随着集成电路微电子学技术以及嵌入式互联网知识体系日益完善,我们预计基于Ehternet 的未来工业操控年代即将到来。这一新型架构,将彻底改变传统机械制造模式,使之更加灵活高效。然而,这并不意味着旧有的现场总线就要消失,而是一个并存共荣的情况,即我们将见证一种混合式操控系统的大规模采纳。在这趋势下,我们期待看到更多创新项目涌现,让我们的生活变得更加便捷智能。但还有很多工作要做,比如进一步研究如何让这种架构既保持其敏捷又不失其稳定性的平衡点,以及如何确保它们能够在不同的应用场景下表现出最佳效果。