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什么是工业以太网?它有什么突出优势?

工业以太网是在以太网技术和TCP/IP技术的基础上开发出来的一种工业网络。以前,以太网一般是在商业应用中作为办公网络用的,目前以太网在工业应用中的使用成为热点,将来工业以太网由可能成为工业控制网络结构的主要形式,形成一网到底的局面。

为什么人们要试图在工业应用中使用以太网哪?这是因为,目前以太网是应用中最为广泛的一种局域网,以太网商业上的巨大成功、很高的认知度以及技术上的进步,使得以太网在工业领域中使用会带来多方面的好处。

1. 使用以太网要比其它现场总线容易。

这体现在几个方面:一般情况下,用户或多或少会有一些以太网的知识和使用经验,这可以降低用户培训所需要的时间和资金上的投入;以太网技术的广泛使用使得人类积累了很多相关知识,碰到问题比较容易解决;以太网产品种类丰富,由很多相关的软件硬件产品,使得以太网技术容易使用;以太网有很多种,可支持多种传输介质、多种传输速率,满足各种应用的需求。

2. 以太网产品的价格比较低廉。

由于以太网市场空间大,以太网产品通常可以把批量做的比较大,并且以太网市场产品供应商很多,竞争激烈,产品价格低廉,使用以太网就会降低成本。目前虽然商业以太网产品的价格很低,但是工业以太网产品的价格仍然较高,如果工业以太网能够广泛应用,成本和价格自然会降下来。

3. 以太网技术发展迅猛,技术先进,是现场总线所无法比拟的。

就传输速率而言,目前以太网的传输速率已经达到10Gbit/s,而现场总线的传输速率一般都在10Mbit/s以下。

4. 信息集成更加方便。

由于很多企业局域网用的是以太网,在工业应用中也使用以太网,可以使得信息集成更加方便。而通过把工业网络与企业内部网,甚至因特网相集成,可以使得电子商务、电子制造等的实现更加方便。

5. 符合控制网结构扁平化的要求。

目前,控制网的结构是多层的,分的层次越多,系统越复杂,维护越困难。如果使用工业以太网,完全可以实现信息层网络和控制层网络所需要的功能,所以,最终可能扁平化为一层,出现以太网“一网打尽”的局面。

但是,在工业应用中广泛采用以太网面临两大问题。首先,以太网最初是为办公自动化应用而开发的,是一种非确定性的网络,并且工作环境往往很好。而工业应用中的部分数据传输实时性要求很高,否则会发生事故;并且工业应用的环境比较恶劣,比如强震动、高温或低温、高湿度、强电磁干扰等。其次,以太网是介质访问控制(MAC-Medium Access Control)协议使用带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD-Carrier Sense /Multiple Access with Collision Detection )的网络的统称,它本身并不提供标准的面向工业应用的应用层协议。所以,为了满足工业应用的要求,必须在以太网技术和TCP/IP技术的基础上做进一步的工作。概括的说,对于前一个问题,解决方法是做一些改进,使得以太网能够实现确定性通信,并且能在恶劣环境下正常工作;对于后一个问题,解决方法由3种:一种是把现有的工业应用协议与以太网、TCP/IP集成在一起;另外一种是在以太网和现有的工业网络之间安装网关,进行协议转换;还有一种方法是干脆重新开发应用层协议。

目前,已经形成较有影响的工业以太网有基金会现场总线高速以太网(FFHSE-Foundation Fieldbus High-Speed Ethernet)、Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP等。

EtherNet/IP

PROFINET

多种工业以太网的存在有带来一个新的问题:各种工业以太网使用的工业应用层协议互不兼容,虽然这些协议都可以在同一个以太网上运行,但是为不类型的工业以太网开发的设备之间仍然无法实现互操作。为了解决这些问题,用于过程控制的对象连接与嵌入[OPC-Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control]基金会与2003年6月发布了OPC数据交换(OPCDX-OPC Data eXchangs)标准。OPC 基金会是一个致力于提高自动化系统中的互操作性的非盈利组织,它所制定的OPC 系列标准是在微软的组件对象模型(COM-Component Object Modle)、分布式组件对象模型(DCOM-Distributed Component Object Modle)及OLE的基础上制定的关于工业自动化软件开发的一系列标准。

研华的工业以太网交换机

目前在工业应用中,信息层网络大量用的是以太网,通常使用商用以太网。在控制层,工业以太网也已经有许多应用,并且增长很迅速。在设备层,工业以太网的应用还不是很多。虽然用以太网来连接变频器、机器人等复杂设备还是比较合适的,但用以太网连接简单的传感器或执行器还体现不出自身的优势。不过,随着因特网的迅猛发展、以太网技术的不断进步、工厂网络体系结构的进一步扁平化,在未来的工业应用中,出现以太网“一网打尽”的局面也是可能的。

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