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以太網引入工業控制領域的技術優勢

隨著工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展， 開放的、透明的通信協議是必然的要求。以太網（Ethernet） 由于具有傳輸速度高、低耗、易于安裝、兼容性好、軟硬件產品豐富和支持技術成熟等方面的優勢， 幾乎支持所有流行的網絡協議， 因此在商業系統中被廣泛采用。近幾年來以太網逐漸進入工業控制領域， 形成了新型的以太網控制網絡技術。

1. 以太網引入工業控制領域的技術優勢

以太網技術引入工業控制領域， 具有非常明顯的技術優勢。

1） 以太網是全開放、全數字化的網絡， 遵照網絡協議， 不同廠商的設備可以很容易實現互連。

2） 以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接， 形成企業級管控一體化的全開放網絡， 如圖1 所示。

圖1　傳統工業控制網絡和工業以太網控制網絡

a） 傳統工業控制網絡　b） 工業以太網控制網絡

3） 軟硬件成本低廉。由于以太網技術已經非常成熟， 支持以太網的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持， 有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。

4） 通信速度高。隨著企業信息系統規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、視頻數據的傳輸。目前標準以太網的通信速率為10 Mbit/ s，100Mbit/ s 的快速以太網也已被廣泛應用， 吉比特以太網技術也逐漸成熟， 2010 年5 月正式批準的Zui新的重要以太網標準IEEE 802. 3ba 定義了40Gbit/ s 和100Gbit/ s 數據速率。

5） 可持續發展潛力大。在這信息瞬息萬變的時代， 企業的生存與發展在很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網絡。隨著信息技術與通信技術的發展更加迅速， 也更加成熟， 保證了以太網技術不斷地持續向前發展。

以太網引入工業控制領域存在的問題

以太網進入工業控制領域， 同樣也存在一些問題。

（1） 實時性問題

以太網采用載波監聽多路訪問/ 沖突檢測（CSMA/ CD） 的介質訪問控制方式， 其本質上是非實時的。一條總線上有多個節點平等競爭總線， 等待總線空閑。這種方式很難滿足工業控制領域對實時性的要求。這成為以太網技術進入工業控制領域的技術瓶頸。

（2） 對工業環境的適應性與可靠性

以太網是按辦公環境設計的， 抗干擾能力、外觀設計等應符合工業現場的要求。

（3） 適用于工業自動化控制的應用層協議

目前， 信息網絡中應用層協議所定義的數據結構等特性， 不適合應用于工業過程控制領域現場設備之間的實時通信。因此， 還需定義統一的應用層規范。

（4） 本質安全和網絡安全

工業以太網如果用在易燃易爆的危險工作場所， 必須考慮本質安全問題。另外， 工業以太網由于使用了TCP/ IP 協議， 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絡安全威脅。

（5） 服務質量（QoS） 問題

隨著技術的進步， 工廠控制底層的信號已不局限在單純的數字和模擬量上， 還可能包括視頻和音頻， 網絡應能根據不同的用戶需求及不同的內容適度地保證實時性的要求。