工業(yè)以太網(wǎng)在現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域中的應用及分析

　　眾所周知，在企業(yè)信息系統(tǒng)中，以太網(wǎng)已經(jīng)成為事實上的標準網(wǎng)絡，工業(yè)實時控制是傳統(tǒng)以太網(wǎng)的延伸，幫助用戶構(gòu)建更加開放集成的工業(yè)自動化和信息化網(wǎng)絡。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它是標準以太網(wǎng)和通用工業(yè)協(xié)議的結(jié)合。首先他滿足了工業(yè)自動化的實時性要求，最初的以太網(wǎng)采用的CSMA/CD無法滿足工業(yè)實時性需求，當時采用的主要是現(xiàn)場總線和令牌環(huán)網(wǎng)，隨著技術(shù)的改進，交換機在實時性方面已經(jīng)滿足從高精度時間同步（+-100ns）、分布式伺服控制、離散控制、過程控制到安全系統(tǒng)等所有工業(yè)應用要求，并支持現(xiàn)場和遠程監(jiān)視、診斷和組態(tài);當然，EtherNet/IP產(chǎn)品也可使用其他標準以太網(wǎng)上的服務如HTTP、SNMP等。這意味著，工業(yè)自動化和企業(yè)信息系統(tǒng)更直接的集成，比如，無須附加編程，相關(guān)人員就可方便地通過網(wǎng)頁瀏覽器來組態(tài)、診斷并監(jiān)視工廠設備。此外，EtherNet/IP還從EMC、安裝防護等級各方面做出規(guī)定，保證EtherNet/IP產(chǎn)品的嚴格工業(yè)環(huán)境適應性。

二、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的特點

　　2.1 通信確定性與實時性

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數(shù)據(jù)準確定時刷新。由于EtherNet采用CSMA/CD方式，網(wǎng)絡負荷較大時，網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求，故傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為“非確定性”的網(wǎng)絡。 然而，快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的契機，使這一應用成為可能。首先，EtherNet的通信速率從10M、100M增大到如今的1000M、10G，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡負荷的減輕和網(wǎng)絡傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡碰撞機率大大下降。其次，采用星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，交換機將網(wǎng)絡劃分為若干個網(wǎng)段。EtherNet交換機由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞;同時交換機還可對網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾，使每個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其它網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡負荷。再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上分別同時接收和發(fā)送報文幀，也不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使網(wǎng)絡上的沖突域不復存在（全雙工通信），或碰撞機率大大降低（半雙工），因此使EtherNet通信確定性和實時性大大提高。

　　2.2 穩(wěn)定性與可靠性

　　傳統(tǒng)的EtherNet并不是為工業(yè)應用而設計的，沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應性需要。由于工業(yè)現(xiàn)場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對設備的工業(yè)可靠性提出了更高的要求。在工廠環(huán)境中，工業(yè)網(wǎng)絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性。為了解決在不間斷的工業(yè)應用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡也能穩(wěn)定工作的問題，德國Hirschmann等公司專門開發(fā)和生產(chǎn)了工業(yè)以太網(wǎng)交換機等產(chǎn)品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電。

　　2.3 安全性

　　工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全是工業(yè)以太網(wǎng)應用必須考慮的另一個安全性問題。工業(yè)以太網(wǎng)可以將企業(yè)傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡系統(tǒng)，即信息管理層、過程監(jiān)控層、現(xiàn)場設備層，合成一體，使數(shù)據(jù)的傳輸速率更快、實時性更高，并可與Internet無縫集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高工廠的運作效率。但同時也引人了一系列的網(wǎng)絡安全向題，工業(yè)網(wǎng)絡可能會受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡安全威脅。一般情況下，可以采用網(wǎng)關(guān)或防火墻等對工業(yè)網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡進行隔離，還可以通過權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密等多種安全機制加強網(wǎng)絡的安全管理。

　　2.4 總線供電問題

　　總線供電（或稱總線饋電）是指連接到現(xiàn)場設備的線纜不僅傳輸數(shù)據(jù)信號，還能給現(xiàn)場設備提供工作電源。對于現(xiàn)場設備供電可以采取以下方法：

　　（1）在目前以太網(wǎng)標準的基礎上適當?shù)匦薷奈锢韺拥募夹g(shù)規(guī)范，將以太網(wǎng)的曼徹斯特信號調(diào)制到一個直流或低頻交流電源上，在現(xiàn)場設備端再將這兩路信號分離開來。 （2）不改變目前物理層的結(jié)構(gòu)，而通過連接電纜中的空閑線纜為現(xiàn)場設備提供電源。