現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，對于實現(xiàn)面向設備的自動化系統(tǒng)起到了巨大的推動作用，但現(xiàn)場總線這類專用實時通信網(wǎng)絡具有成本高，速度低和支持應用有限等缺陷，再加上總線通信協(xié)議的多樣性，使得不同總線產(chǎn)品不能互相互連，互用和互操作等，因而現(xiàn)場總線工業(yè)網(wǎng)絡的進一步發(fā)展受到了極大的限制。隨著以太網(wǎng)技術的發(fā)展，特別是高速以太網(wǎng)的出現(xiàn)使得以太網(wǎng)能夠克服了自己本身的缺陷，進入工業(yè)領域成為工業(yè)以太網(wǎng),因而使得人們可以用以太網(wǎng)設備去代替昂貴的工業(yè)網(wǎng)絡設備。
1.以太網(wǎng)的主要缺陷
在講以太網(wǎng)的主要缺陷前，有必要先了解一下以太網(wǎng)的通信機制。以太網(wǎng)是指遵循IEEE802.3標準，可以在光纜和雙絞線上傳輸?shù)木W(wǎng)絡。它最早出現(xiàn)在1972年，由XeroxPARC所創(chuàng)建。當前以太網(wǎng)采用星型和總線型結構，傳輸速率為10Mb/s，100Mb/s，1000Mb/s或更高。以太網(wǎng)產(chǎn)生延遲的主要原因是沖突，其原因是它利用了CSMA/CD技術。在傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡中，由于以太網(wǎng)中所以的站點，采用相同的物理介質(zhì)相連，這就意味著2臺設備同時發(fā)出信號時，就會出現(xiàn)信號見的互相沖突。為了解決這個問題，以太網(wǎng)規(guī)定，在一個站點訪問介質(zhì)前，必須先監(jiān)聽網(wǎng)絡上有沒有其他站點在同時使用該介質(zhì)。如果有則必須等待，此時就發(fā)生了沖突。為了減少沖突發(fā)生的幾率，以太網(wǎng)常采用1-持續(xù)CSMA，非持續(xù)CSMA，P-持續(xù)CSMA的算法2。由于以太網(wǎng)是以辦公自動化為目標設計的，并不完全符合工業(yè)環(huán)境和標準的要求，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)用于工業(yè)領域還存在著明顯的缺陷。但其成本比工業(yè)網(wǎng)絡低，技術透明度高，特別是它遵循IEEE802.3協(xié)議為各現(xiàn)場總線廠商大開了方便之門，但是，要使以太網(wǎng)符合工藝上的要求，還必須克服以下缺陷：
確定性
由于以太網(wǎng)的MAC層協(xié)議是CSMA/CD，該協(xié)議使得在網(wǎng)絡上存在沖突，特別是在網(wǎng)絡負荷過大時，更加明顯。對于一個工業(yè)網(wǎng)絡，如果存在著大量的沖突，就必須得多次重發(fā)數(shù)據(jù)，使得網(wǎng)間通信的不確定性大大增加。在工業(yè)控制網(wǎng)絡中這種從一處到另一處的不確定性，必然會帶來系統(tǒng)控制性能的降低。
實時性
在工業(yè)控制系統(tǒng)中,實時可定義為系統(tǒng)對某事件的反應時間的可測性。也就是說，在一個事件發(fā)生后，系統(tǒng)必須在一個可以準確預見的時間范圍內(nèi)做出反映。然而，工業(yè)上對數(shù)據(jù)的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往數(shù)據(jù)的更新是在數(shù)十ms內(nèi)完成的。而同樣由于以太網(wǎng)存在的CSMA/CD機制，當發(fā)生沖突的時候，就得重發(fā)數(shù)據(jù)，最多可以嘗試16次之多。很明顯這種解決沖突的機制是以付出時間為代價的。而且一但出現(xiàn)掉線，那怕是僅僅幾秒種的時間，就有可能造成整個生產(chǎn)的停止甚至是設備，人身安全事故。
可靠性
由于以太網(wǎng)在設計之初，并不是從工業(yè)網(wǎng)應用出發(fā)的。當它應用到工業(yè)現(xiàn)場，面對惡劣的工況，嚴重的線間干擾等，這些都必然會引起其可靠性降低。在生產(chǎn)環(huán)境中工業(yè)網(wǎng)絡必須具備較好的可靠性，可恢復性，以及可維護性。即保證一個網(wǎng)絡系統(tǒng)中任何組件發(fā)生故障時，不會導致應用程序，操作系統(tǒng)，甚至網(wǎng)絡系統(tǒng)的崩潰和癱瘓。
2.以太網(wǎng)工業(yè)應用解決機制
針對以太網(wǎng)存在的三大缺陷和工業(yè)領域對工業(yè)網(wǎng)絡的特殊要求，目前已采用多種方法來改善以太網(wǎng)的性能和品質(zhì)，以滿足工業(yè)領域的要求。下面介紹幾種解決機制：
交換技術
為了改善以太網(wǎng)負載較重時的網(wǎng)絡擁塞問題，可以使用以太網(wǎng)交換機(switch)。它采用將共享的局域網(wǎng)進行有效的沖突域劃分技術。各個沖突域之間用交換機連接，以減少CSMA/CD機制帶來的沖突問題和錯誤傳輸。這樣可以盡量避免沖突的發(fā)生，提高系統(tǒng)的確定性，但該方法成本較高，在分配和緩沖過程中存在一定的延時。
