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)大家對工業(yè)以太網(wǎng)的認(rèn)識，本文將對工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用以及以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時存在的問題予以介紹。如果你對以太網(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)無可爭議的優(yōu)勢，將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域正成為人們關(guān)注的熱點。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、過程控制級和現(xiàn)場儀表三級組成，其特點是“集中管理，分散控制”，基本控制功能在過程控制級中，工作站級的主要作用是監(jiān)督管理。分散控制使得系統(tǒng)由于某個局部的不可靠而造成對整個系統(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，極大地提高了整個系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的主流。但DCS的結(jié)構(gòu)是多級主從關(guān)系，底層相互間進(jìn)行信息傳遞必須經(jīng)過主機，從而造成主機負(fù)荷過重，效率低下，并且主機一旦發(fā)生故障，整個系統(tǒng)就會“癱瘓”。而且DCS是一種數(shù)字—模擬混合系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表仍然使用傳統(tǒng)的4～20mA模擬信號，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)性等特點的現(xiàn)場總線(Fieldbus)技術(shù)迅速崛起并趨向成熟，控制功能全面轉(zhuǎn)入現(xiàn)場智能儀表，而在此基礎(chǔ)上形成的新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(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“點對點”式的模擬信號或數(shù)字—模擬信號控制的局限性，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)場總線技術(shù)使控制功能下放到現(xiàn)場設(shè)備成為可能，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)不僅是通信標(biāo)準(zhǔn)，同時也是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。FCS正在走向取代DCS并推動著工業(yè)控制技術(shù)的又一次飛躍。

二、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時存在的問題

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題，主要有以下幾個方面。

(1)存在實時性差，不確定性的問題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制機制，各個節(jié)點采用BEB(Binary ExponenTIal Back-off)算法處理沖突，具有排隊延遲不確定的缺陷，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要通過競爭來取得信息包的發(fā)送權(quán)。通信時節(jié)點監(jiān)聽信道，只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時，才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開始發(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)，因此無法保證確定的排隊延遲和通信響應(yīng)確定性，不能滿足工業(yè)過程控制在實時性上的要求，甚至在通信繁忙時，還存在信息丟失的危險，從而限制了它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

(2)工業(yè)可靠性問題

以太網(wǎng)是以辦公自動化為目標(biāo)設(shè)計的，并沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性需要，如超高或超低的工作溫度，大電機或其他大功率設(shè)備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強電磁噪聲等。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)場控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠為現(xiàn)場設(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)安全性問題

以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會受到包括病毒、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制加強網(wǎng)絡(luò)的安全管理，但針對工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)安全問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)的集成問題

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

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