發布日期：2022-07-14 點擊率：80
引言
以太網在工業領域中的應用結構有兩種，即控制中心網絡結構和設備中心網絡結構。在控制中心網絡結構中，工業以太網與現場總線相結合，以太網應用在企業網的上層，將控制器、操作員站、管理計算機連接起來。企業網的最低層是現場總線結構，是控制網絡與Internet融為一體的解決方案。在設備中心網絡結構中，I／O設備連到以太網上，在這種結構中，以太網取代了現場總線，工業以太網技術直接應用于工業現場設備間的通信，真正建立了從企業網的上層到下層統一的以太網結構。
以太網是按IEEE802．3標準的規定，采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問方法(CSMA／CD)對共享媒體進行訪問的一種局域網協議，對應于ISO／OSI七層參考模型中的物理層和數據鏈路層。以太網的傳輸介質為同軸電纜、雙絞線、光纖等，采用總線型或星型拓撲結構，傳輸速率為10 Mb／s，100 Mb／s，1 000 Mb／s或更高。在辦公和商業領域，以太網是最常用的通信網絡。近些年來，隨著以太網技術的快速發展，以太網技術開始廣泛應用于工業控制領域。
1. 以太網技術在工業控制領域中的優勢及特點
在工業控制領域中，隨著控制系統規模的不斷增大，被控對象、測控裝置等物理設備地域分散性也越來越明顯，集中控制系統已經不能滿足要求。集散控制系統和其后出現的現場總線控制系統就是順應這一趨勢發展起來的技術，并在一定程度上解決了這一問題。但是，1999年現場總線技術標準IEC-61158出臺，8種現場總線都成為IEC的現場總線技術標準，其實質是沒有真正統一的通信標準。因此，世界各大工控廠商紛紛尋找其他途徑以求解決擴展性和兼容性的問題，于是目前在信息網絡中廣泛應用的以太網成為首選的目標。
以太網是當今最流行、應用最廣泛的通信技術，具有價格低、多種傳輸介質可選、高速度、易于組網應用等優點，而且其運行經驗最為豐富，擁有大量安裝維護人員，是一種理想的工業通信網絡。其優勢及特點主要體現如下四個方面：
一、基于TCP／IP的以太網是一種標準的開放式通信網絡，不同廠商的設備很容易互聯。這種特性非常適合于解決控制系統中不同廠商設備的兼容和互操作等問題；
二、低成本、易于組網是以太網的優勢。以太網網卡價格低廉，以太網與計算機、服務器等接口十分方便。以太網技術人員多，可以降低企業培訓維護成本；
三、以太網具有相當高的數據傳輸速率，可以提供足夠的帶寬。而且以太網資源共享能力強，利用以太網作現場總線，很容易將I／O數據連接到信息系統中，數據很容易以實時方式與信息系統上的資源、應用軟件和數據庫共享；
四、以太網易與Internet連接。在任何城市、任何地方都可以利用電話線通過Internet對企業生產進行監視控制；另外，以太網作為目前應用最為廣泛的計算機網絡技術，受到了廣泛的技術支持。幾乎所有的編程語言都支持以太網的應用開發，具有多種開發工具可供選擇；
五、可持續發展潛力大。以太網是目前最為廣泛應用的計算機網絡，它的發展一直受到廣泛的重視和大量的技術支持。工業控制網絡采用以太網技術，就可以避免其發展游離于計算機網絡技術的發展主流之外。并且工業控制網絡與信息網絡技術相互結合、相互促進，共同發展，可以保證技術上的可持續發展，避免將來在技術升級時的再次投入。
隨著經濟的發展和自動化技術的進步，企業綜合自動化、管控一體化成為企業生存和發展的必由之路。以太網方便實現辦公自動化網絡與工業控制網絡的無縫連接的優勢可以使電子商務與工業生產控制緊密結合，實現企業管控一體化。
2. 以太網技術在控制領域中的應用現狀
工業以太網與現場總線相比，它能提供一個開放的標準，是企業從現場控制到管理層實現全面的無縫的信息集成，解決了由于協議上的不同導致的“自動化孤島”問題，但從目前的發展看，工業以太網在控制領域的應用主要體現在以下幾種形式：
一、混合Ethernet/Fieldbus的網絡結構
這種結構實際上就是信息網絡和控制網絡的一種典型的集成形式。以太網正在逐步向現場設備級深入發展，并盡可能的和其他網絡形式走向融合，但以太網和 TCP/IP原本不是面向控制領域的，在體系結構、協議規則、物理介質、數據、軟件、實驗環境等諸多方面并不成熟，而現場總線能完全滿足現代企業對底層控制網絡的基本要求，實現真正的全分布式系統。因此，在企業信息層采用以太網，而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的信息交換。
二、專用工業以太控制網絡
如何利用工業以太網單獨作為控制網絡是工業以太網的發展方向之一，也是工業控制領域的研究熱點之一。如德國Jetter AG公司的新一代控制系統JetWeb，是融現場總線技術、100Mb/s以太網技術、CNC技術、PLC技術、可視化人機接口技術和全球化生產管理技術為一體的工業自動化控制系統，同時具有廣泛的兼容性，可兼容第三方自動化控制產品，提出“網絡就是控制器”的觀點，是取代所有底層現場總線的工業網絡結構。這種工業控制網絡是將以太網貫穿于整個網絡各層次，使它成為透明的覆蓋整個企業范圍的應用實體。它實現了辦公自動化與工業自動化的無縫結合，實質上是一個單層的扁平結構，其良好的可擴展性和互連性，使之成為真正意義上的全開放網絡體系結構的大統一。
三、基于Web的網絡監控平臺
嵌入式以太網是最近網絡應用熱點，就是通過Internet使所有連接網絡的設備彼此互通，從計算機、PDA、通信設備到儀器儀表、家用電器等。在企業內部，可以利用企業信息網絡，進行工廠實時運行數據的發布和顯示，管理者通過Web瀏覽器對現場工況進行實時遠程監控、遠程設備調試和遠程設備故障診斷和處理。實現的最簡單辦法就是采用獨立的以太網控制器，連接具有TCP/IP界面的控制主機以及具有RS-232或RS-485接口的現場設備。以太網控制器在這里扮演了通用計算機網絡和現場各類設備之間的一個橋梁。
3. 以太網技術在控制領域中的發展前景
以太網在工業領域中的應用結構有兩種，即控制中心網絡結構和設備中心網絡結構。在控制中心網絡結構中，工業以太網與現場總線相結合，以太網應用在企業網的上層，將控制器、操作員站、管理計算機連接起來。企業網的最低層是現場總線結構，是控制網絡與Internet融為一體的解決方案。在設備中心網絡結構中，I／O設備連到以太網上，在這種結構中，以太網取代了現場總線，工業以太網技術直接應用于工業現場設備間的通信，真正建立了從企業網的上層到下層統一的以太網結構。
業界人士越來越認識到以太網在工業控制領域的重要性，工業以太網已經成為控制系統網絡發展的主要方向，具有很大的發展潛力。當然，工業以太網還有一些局限性，例如總線供電、本質安全以及沒有統一的應用層協議等，隨著這些問題的逐步解決，以及以太網速度的不斷加快，通信確定性、可靠性、實時性的不斷完善，工業以太網將有更加廣闊的應用和發展前景。
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