工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）之后產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。本文簡要介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的特點，并詳細論述了工業(yè)以太網(wǎng)在控制領域的應用現(xiàn)狀以及以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢，并提出了以太網(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡與企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡的觀點。

　　傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎，隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)自動化要求的不斷提高，工業(yè)控制網(wǎng)絡所擔負的工作越來越重。與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡不同，工業(yè)控制領域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩(wěn)定性和準確性高的網(wǎng)絡。以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)支持幾乎所有的網(wǎng)絡協(xié)議，所以在數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡中得到廣泛應用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、開放性高和支持設備等多方面的優(yōu)勢。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性使得工業(yè)控制網(wǎng)絡和企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫整合方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

　　以太網(wǎng)技術(shù)由于具有成本低、通信速率和帶寬高、兼容性好、軟硬件資源豐富、廣泛的技術(shù)支持基礎和強大的持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ戎T多優(yōu)點，在過程控制領域的管理層已被廣泛應用。事實證明，通過一些實時通信增強措施及工業(yè)應用高可靠性網(wǎng)絡的設計和實施，以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)數(shù)據(jù)通信的實時性及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，并可直接向下延伸應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信。工業(yè)以太網(wǎng)一般是指在技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在產(chǎn)品設計時，材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性等方面能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，也就是滿足環(huán)境性、可靠性、安全性以及安裝方便等要求的以太網(wǎng)。近幾年來，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)已開始廣泛應用于工業(yè)控制領域，它是現(xiàn)代自動控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是下一代自動化設備的標志性技術(shù)，是改造傳統(tǒng)工業(yè)的有力工具，同時也是信息化帶動工業(yè)化的重點方向。國內(nèi)對工業(yè)以太網(wǎng)絡技術(shù)的需求日益增加，在石油、化工、冶金、電力、機械、交通、建材、樓宇管理、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領域和許多新規(guī)劃建設的項目中都需要工業(yè)以太網(wǎng)絡技術(shù)的支持。

一、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

　　20世紀80年代中期產(chǎn)生的現(xiàn)場總線，將智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)以全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信控制網(wǎng)絡連接，使工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡化和智能化發(fā)展成為可能，使工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大變革?，F(xiàn)場總線國際標準IEC—61158經(jīng)過多年的爭論和斗爭后，放棄了其制定單一現(xiàn)場總線標準的初衷，最終發(fā)布了包括8種（第三版修訂后增加了兩種類型，而成為10種類型）類型總線的國際標準。這說明各大總線各具特點、不可互相替代的局面得到世界工控界的認可。但另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，廣大工控專家、制造商和用戶也逐漸認識到，現(xiàn)場總線之所以沒有能實現(xiàn)統(tǒng)一，除了它們的技術(shù)特色和背后支持的公司間的利益沖突外，還因為現(xiàn)場總線發(fā)展過程中，過多地強調(diào)了自動化網(wǎng)絡的特殊性，忽視了信息技術(shù)的發(fā)展成果，致使現(xiàn)場總線技術(shù)、產(chǎn)品和應用發(fā)展緩慢。與此同時，壟斷了辦公自動化領域信息網(wǎng)絡通信的以太網(wǎng)技術(shù)，由于其諸多優(yōu)點，無論是大型跨國企業(yè)還是中小型自動化企業(yè)，都在過程控制領域管理層和控制層等中上層得到廣泛應用。在工業(yè)控制領域中，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，被控對象、測控裝置等物理設備地域分散性也越來越明顯，集中控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的要求。由于現(xiàn)場總線技術(shù)標準IEC—61158出臺，實質(zhì)上并沒有真正統(tǒng)一的技術(shù)標準，因此，世界各大工控廠商紛紛尋找其他途徑以求解決擴展性和兼容性的問題，于是目前在信息網(wǎng)絡中廣泛應用的以太網(wǎng)成為首先選取的目標。

　　以太網(wǎng)是當今最流行、應用最廣泛的通信技術(shù)，具有價格低、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度、易于組網(wǎng)應用等諸多優(yōu)點，而且其運行經(jīng)驗最為豐富，擁有大量安裝維護人員，是一種理想的工業(yè)通信網(wǎng)絡。以太網(wǎng)網(wǎng)卡價格低廉，以太網(wǎng)與計算機、服務器等接口十分方便。以太網(wǎng)技術(shù)人員多，可以降低企業(yè)培訓維護成本；第三，以太網(wǎng)具有相當高的數(shù)據(jù)傳輸速率可以提供足夠的帶寬。而且以太網(wǎng)資源共享能力強，利用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場的總線，很容易將I／O數(shù)據(jù)連接到信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)很容易以實時方式與信息系統(tǒng)上的資源、應用軟件和數(shù)據(jù)庫共享；以太網(wǎng)易與Internet連接。在任何城市、任何地方甚至都可以利用電話線通過Internet對企業(yè)生產(chǎn)進行監(jiān)視控制；另外，以太網(wǎng)作為目前應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡技術(shù)，受到了廣泛的技術(shù)支持。幾乎所有的編程語言都支持以太網(wǎng)的應用開發(fā)，有多種開發(fā)工具可供選擇。

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和自動化辦公信息網(wǎng)絡的進步，企業(yè)綜合自動化、管控一體化已成為企業(yè)生存和發(fā)展的必尤之路。以太網(wǎng)可方便實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡與工業(yè)控制網(wǎng)絡的無縫連接的優(yōu)勢，可以使電子商務與工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場緊密結(jié)合，實現(xiàn)真正意義上的企業(yè)管控一體化。

　　以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領域，其技術(shù)優(yōu)勢非常明顯：

　?。ㄒ唬〦thernet是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡，遵照網(wǎng)絡協(xié)議不同廠商的設備可以很容易實現(xiàn)互聯(lián)。

　?。ǘ┮蕴W(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡與企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡。

　?。ㄈ┸浻布杀镜土?，由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設備供用戶選擇。

　?。ㄋ模┩ㄐ潘俾矢?，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，目前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開始廣泛應用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G以太網(wǎng)也正在研究，其速率比目前的現(xiàn)場總線快很多。

　?。ㄎ澹┛沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?，在這信息瞬息萬變的時代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網(wǎng)絡，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。

二、以太網(wǎng)應用于工業(yè)現(xiàn)場存在的主要問題

1、信息傳輸存在實時性差和不確定性

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡要求具有比較高的實時性和確定性。而以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA／CD）以及二進制指數(shù)退避算法（BEB），因此必導致信息傳送的滯后，因其時間滯后是隨機的，這說明實質(zhì)上以太網(wǎng)是一種非確定性的網(wǎng)絡系統(tǒng)。因此，對于響應時間要求嚴格的控制過程會存在產(chǎn)生碰撞的可能性，造成響應時間的不確定性，使信息不能按要求正常傳遞，無法滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡所要求的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和確定性。

2、以太網(wǎng)的可靠性差

　　安裝在工業(yè)現(xiàn)場的設備應該具有高可靠性，即能夠抗沖擊、耐振動、耐腐蝕、防塵、防水以及具有比較好的電磁兼容性。而傳統(tǒng)的以太網(wǎng)主要應用于辦公自動化領域，其所用插接件、集線器、交換機和電纜等都是為辦公室應用而設計的，抗干擾能力差，難以滿足工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境要求。

3、缺乏應用于工業(yè)控制領域的應用層協(xié)議

　　以太網(wǎng)標準僅僅定義了ISO／OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，即使再加上TCP／IP協(xié)議也只是提供了網(wǎng)絡層和傳輸層的功能。兩個設備要想正常通信必須使用相同的語言規(guī)則，也就是說還必須有統(tǒng)一的應用層協(xié)議。目前，商用計算機通信領域采用的應用層協(xié)議主要是FTP，Telnet，SMTP，HTTP等。這些協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不符合工業(yè)控制現(xiàn)場設備之間的實時通信要求。因此，必須制定統(tǒng)一的適用于控制領域的應用層協(xié)議。