以太网引入工业控制领域的技术优势

随着工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展， 开放的、透明的通信协议是必然的要求。以太网（Ethernet） 由于具有传输速度高、低耗、易于安装、兼容性好、软硬件产品丰富和支持技术成熟等方面的优势， 几乎支持所有流行的网络协议， 因此在商业系统中被广泛采用。近几年来以太网逐渐进入工业控制领域， 形成了新型的以太网控制网络技术。

1. 以太网引入工业控制领域的技术优势

以太网技术引入工业控制领域， 具有非常明显的技术优势。

1） 以太网是全开放、全数字化的网络， 遵照网络协议， 不同厂商的设备可以很容易实现互连。

2） 以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接， 形成企业级管控一体化的全开放网络， 如图1 所示。

图1　传统工业控制网络和工业以太网控制网络

a） 传统工业控制网络　b） 工业以太网控制网络

3） 软硬件成本低廉。由于以太网技术已经非常成熟， 支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持， 有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

4） 通信速度高。随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高， 对信息量的需求也越来越大， 有时甚至需要音频、视频数据的传输。目前标准以太网的通信速率为10 Mbit/ s，100Mbit/ s 的快速以太网也已被广泛应用， 吉比特以太网技术也逐渐成熟， 2010 年5 月正式批准的最新的重要以太网标准IEEE 802. 3ba 定义了40Gbit/ s 和100Gbit/ s 数据速率。

5） 可持续发展潜力大。在这信息瞬息万变的时代， 企业的生存与发展在很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络。随着信息技术与通信技术的发展更加迅速， 也更加成熟， 保证了以太网技术不断地持续向前发展。

以太网引入工业控制领域存在的问题

以太网进入工业控制领域， 同样也存在一些问题。

（1） 实时性问题

以太网采用载波监听多路访问/ 冲突检测（CSMA/ CD） 的介质访问控制方式， 其本质上是非实时的。一条总线上有多个节点平等竞争总线， 等待总线空闲。这种方式很难满足工业控制领域对实时性的要求。这成为以太网技术进入工业控制领域的技术瓶颈。

（2） 对工业环境的适应性与可靠性

以太网是按办公环境设计的， 抗干扰能力、外观设计等应符合工业现场的要求。

（3） 适用于工业自动化控制的应用层协议

目前， 信息网络中应用层协议所定义的数据结构等特性， 不适合应用于工业过程控制领域现场设备之间的实时通信。因此， 还需定义统一的应用层规范。

（4） 本质安全和网络安全

工业以太网如果用在易燃易爆的危险工作场所， 必须考虑本质安全问题。另外， 工业以太网由于使用了TCP/ IP 协议， 因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。

（5） 服务质量（QoS） 问题

随着技术的进步， 工厂控制底层的信号已不局限在单纯的数字和模拟量上， 还可能包括视频和音频， 网络应能根据不同的用户需求及不同的内容适度地保证实时性的要求。