以太網(wǎng)作為一種通信技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，并由此產(chǎn)生了工業(yè)以太網(wǎng)。為增進(jìn)大家對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用以及以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時(shí)存在的問(wèn)題予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

由于以太網(wǎng)無(wú)可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。介紹了企業(yè)信息化系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，分析了以太網(wǎng)用于工業(yè)領(lǐng)域要解決的一些問(wèn)題，展示了以太網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望其發(fā)展前景。

DCS一般由操作站級(jí)、過(guò)程控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)儀表三級(jí)組成，其特點(diǎn)是“集中管理，分散控制”，基本控制功能在過(guò)程控制級(jí)中，工作站級(jí)的主要作用是監(jiān)督管理。分散控制使得系統(tǒng)由于某個(gè)局部的不可靠而造成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害降到較低的程度，且各種軟硬件技術(shù)不斷走向成熟，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流。但DCS的結(jié)構(gòu)是多級(jí)主從關(guān)系，底層相互間進(jìn)行信息傳遞必須經(jīng)過(guò)主機(jī)，從而造成主機(jī)負(fù)荷過(guò)重，效率低下，并且主機(jī)一旦發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)“癱瘓”。而且DCS是一種數(shù)字—模擬混合系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表仍然使用傳統(tǒng)的4～20mA模擬信號(hào)，工程與管理成本高，柔性差。此外各制造商的DCS自成標(biāo)準(zhǔn)，通訊協(xié)議封閉，極大的制約了系統(tǒng)的集成與應(yīng)用。

進(jìn)入90年代，具有數(shù)字化的通信方式、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、多種傳輸媒介和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高度的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)技術(shù)迅速崛起并趨向成熟，控制功能全面轉(zhuǎn)入現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，而在此基礎(chǔ)上形成的新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能化、雙向、互連、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化。FCS的典型結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層、控制層和信息層。采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備成為可能，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)不僅是通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。FCS正在走向取代DCS并推動(dòng)著工業(yè)控制技術(shù)的又一次飛躍。

二、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時(shí)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種商用網(wǎng)絡(luò)，要應(yīng)用到工業(yè)控制中還存在一些問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面。

(1)存在實(shí)時(shí)性差，不確定性的問(wèn)題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了CSMA/CD的介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制，各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用BEB(Binary ExponenTIal Back-off)算法處理沖突，具有排隊(duì)延遲不確定的缺陷，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)取得信息包的發(fā)送權(quán)。通信時(shí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)信道，只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí)，才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開(kāi)始發(fā)送后，還需要檢查是否發(fā)生碰撞，信息如發(fā)生碰撞，需退出重發(fā)，因此無(wú)法保證確定的排隊(duì)延遲和通信響應(yīng)確定性，不能滿足工業(yè)過(guò)程控制在實(shí)時(shí)性上的要求，甚至在通信繁忙時(shí)，還存在信息丟失的危險(xiǎn)，從而限制了它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

(2)工業(yè)可靠性問(wèn)題

以太網(wǎng)是以辦公自動(dòng)化為目標(biāo)設(shè)計(jì)的，并沒(méi)有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性需要，如超高或超低的工作溫度，大電機(jī)或其他大功率設(shè)備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強(qiáng)電磁噪聲等。以太網(wǎng)如在車間底層應(yīng)用，必須要解決可靠性的問(wèn)題。

(3)以太網(wǎng)不提供電源，必須有額外的供電電纜

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸工作供給電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮，同時(shí)總線供電還能減少線纜，降低布線成本。

(4)以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)

(5)安全性問(wèn)題

以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會(huì)受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。沒(méi)有授權(quán)的用戶可能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的控制層或管理層，造成安全漏洞。對(duì)此，一般可采用用戶密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理，但針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的解決方案還需要認(rèn)真研究。

(6)現(xiàn)存的控制網(wǎng)絡(luò)與新建以太控制網(wǎng)絡(luò)的集成問(wèn)題

上述這些問(wèn)題中，實(shí)時(shí)性、確定性及可靠性問(wèn)題是長(zhǎng)期阻礙以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的主要障礙。為了解決這一問(wèn)題，人們提出了工業(yè)以太網(wǎng)的解決辦法。

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