傳感器技能、通訊技能和計(jì)算機(jī)技能是現(xiàn)代信息技能的三大根底。跟著IT技能的飛速開展和工業(yè)自動(dòng)化要求的不斷進(jìn)步，工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)所背負(fù)的作業(yè)越來(lái)越重。與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)不同，工業(yè)操控范疇需求一種高速廉價(jià)、實(shí)時(shí)性和敞開性好、穩(wěn)定性和精確性高的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)(Ethernet)技能支撐簡(jiǎn)直一切的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、敞開性高和支撐設(shè)備多等方面的優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展和工業(yè)操控范疇對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能要求越來(lái)越高，以太網(wǎng)正逐漸進(jìn)入工業(yè)操控范疇，形成了新式的以太網(wǎng)操控網(wǎng)絡(luò)技能。工業(yè)以太網(wǎng)的敞開性使得工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫整合方面具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。

1、工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)的開展

工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)的開展是伴跟著操控體系的革新而開展起來(lái)的。操控體系閱歷了基地式氣動(dòng)外表操控體系、電動(dòng)單元組合式模仿外表操控體系、會(huì)集式數(shù)字操控體系、集散操控體系、現(xiàn)場(chǎng)總線操控體系和近幾年盛行起來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)操控體系等六個(gè)階段。關(guān)于基地式氣動(dòng)外表操控體系和電動(dòng)單元組合式模仿外表操控體系只是驅(qū)動(dòng)方法的改動(dòng)，兩類操控體系只能對(duì)單一回路進(jìn)行操控，而各個(gè)回路之間不能夠交流信息，每一個(gè)回路是一個(gè)獨(dú)立的信息孤島，并不歸于網(wǎng)絡(luò)的范疇。

跟著計(jì)算機(jī)技能的開展，計(jì)算機(jī)被引入操控體系，它不僅能夠完結(jié)對(duì)數(shù)據(jù)的處理操作，更主要的是能夠直接根據(jù)輸入的給定值、進(jìn)程變量和進(jìn)程中其他的測(cè)定值，通過(guò)PID或其它高級(jí)操控算法，得出它的操作變量即輸出值送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)完結(jié)操控功用。這便是咱們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)會(huì)集操控體系(Ccs)的操控思維。會(huì)集操控體系因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接面向操控對(duì)象，尚未形成網(wǎng)絡(luò)體系。雖然將計(jì)算機(jī)引人操控體系使得一些高級(jí)操控算法得以完結(jié)，但是，跟著出產(chǎn)進(jìn)程的雜亂化，軟件方面需求很大的開支，而且雜亂的軟件結(jié)構(gòu)使體系的晉級(jí)才能較弱；計(jì)算機(jī)作業(yè)是需求會(huì)集操控幾十個(gè)，乃至上百個(gè)回路，這就使得體系的實(shí)時(shí)性、可靠性得不到確保。

真實(shí)含義的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)體系是七十年代呈現(xiàn)的第二代計(jì)算機(jī)操控體系：渙散型操控體系DCS(也稱集散操控體系)。它是跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展而開展起來(lái)的，DCS的特色是”會(huì)集辦理，渙散操控”，這些體系完整地體現(xiàn)了渙散化和分層化的思維?，F(xiàn)在所運(yùn)用的DCS有環(huán)形、總線形和分級(jí)式幾種。

但是，集散操控體系也有其顯著的缺陷：

首先，結(jié)構(gòu)是多級(jí)主從關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間相互通訊有必要經(jīng)過(guò)主機(jī)，使得主機(jī)負(fù)荷重、功率低，且主機(jī)一旦發(fā)作毛病，整個(gè)體系就會(huì)潰散；

其次，它還運(yùn)用大量的模仿信號(hào)，許多現(xiàn)場(chǎng)外表依然運(yùn)用傳統(tǒng)的4—20mA電流模仿信號(hào)，傳輸可靠性差，不易于數(shù)字化處理；

第三，各體系規(guī)劃廠家的DCS擬定獨(dú)立的規(guī)范，通訊協(xié)議不敞開，極大的限制了體系的集成與應(yīng)用，不利于現(xiàn)代跨國(guó)公司的進(jìn)一步開展。

為了戰(zhàn)勝DES體系的技能瓶頸，進(jìn)一步滿意工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，現(xiàn)場(chǎng)總線技能應(yīng)運(yùn)而生，它將體系的操控功用進(jìn)一步下放，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐上是一種全數(shù)字化、全渙散、可互操作、敞開式的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它專門用于進(jìn)程自動(dòng)化和制作自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)外表互聯(lián)，是現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)和操控體系的集成，現(xiàn)場(chǎng)總線的呈現(xiàn)對(duì)完結(jié)面向設(shè)備自動(dòng)化體系起到了巨大的推動(dòng)效果。

但是FE也有許多瓶頸問(wèn)題：

首先，現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范品種過(guò)多，且各有自己的優(yōu)勢(shì)和適用范圍，用戶如何取舍是比較棘手的問(wèn)題；

其次，操控體系中如果有多種現(xiàn)場(chǎng)總線一起存在，因?yàn)榭偩€通訊協(xié)議的多樣性。這樣會(huì)形成工業(yè)操控體系與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)完結(jié)無(wú)縫集成，真實(shí)完結(jié)企業(yè)級(jí)管控一體化，體系功用組態(tài)等變得相對(duì)雜亂；

別的在實(shí)質(zhì)安全、體系可靠性、數(shù)據(jù)傳輸速度等方面存在一些技能瓶頸或不契合現(xiàn)代企業(yè)對(duì)信息的要求。事實(shí)上，各種操控體系存在缺陷的問(wèn)題最根本原因在于操控體系的敞開性差或者敞開性是有條件的，不徹底的。為了解決該問(wèn)題而呈現(xiàn)了以TCP/I協(xié)議為根底的工業(yè)以太網(wǎng)技能。

下面臨工業(yè)以太網(wǎng)技能進(jìn)行具體介紹。

2、工業(yè)以太網(wǎng)技能的特色

以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗魏?jiǎn)直一切盛行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)體系中被廣泛選用。近些年來(lái)，跟著網(wǎng)絡(luò)技能的開展。以太網(wǎng)進(jìn)入了操控范疇，形成了新式的以太網(wǎng)操控網(wǎng)絡(luò)技能。這主要是因?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化體系向散布化、智能化操控方面開展，敞開的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。

2.1工業(yè)以太網(wǎng)的技能優(yōu)勢(shì)

(1)Ethernet是全敞開、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同廠商的設(shè)備能夠很容易完結(jié)互聯(lián)；

(2)以太網(wǎng)能完結(jié)工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，形成企業(yè)級(jí)管控一體化的全敞開網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示；

(3)軟硬件成本低價(jià)，因?yàn)橐蕴W(wǎng)技能現(xiàn)已非常老練，支撐以太網(wǎng)的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支撐，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇；

(4)通訊速率高，跟著企業(yè)信息體系規(guī)模的擴(kuò)大和雜亂程度的進(jìn)步，對(duì)信息量的需求也越來(lái)越大，有時(shí)乃至需求音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，現(xiàn)在以太網(wǎng)的通訊速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開始廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技能也逐漸老練，10G以太網(wǎng)也正在研討，其速率比現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線快許多。

(5)可持續(xù)開展?jié)摿Υ?，在這信息瞬息萬(wàn)變的年代。企業(yè)的生計(jì)與開展將很大程度上依賴于一個(gè)快速而有用的通訊辦理網(wǎng)絡(luò)，信息技能與通訊技能的開展將愈加迅速，也愈加老練，由此確保了以太網(wǎng)技能不斷地持續(xù)向前開展。

2.2工業(yè)以太網(wǎng)存在的一些問(wèn)題

2.2.1實(shí)時(shí)性問(wèn)題

在工業(yè)操控體系中，實(shí)時(shí)可界說(shuō)為體系對(duì)某事情的反應(yīng)時(shí)刻的可測(cè)性。也便是說(shuō)，在一個(gè)事情發(fā)作后。體系有必要在一個(gè)能夠精確預(yù)見(jiàn)的時(shí)刻范圍內(nèi)做出反映。但是，工業(yè)上對(duì)數(shù)據(jù)的傳遞的實(shí)時(shí)性要求十分嚴(yán)格，往往數(shù)據(jù)的更新是在數(shù)十毫秒內(nèi)完結(jié)的。而同樣因?yàn)橐蕴W(wǎng)選用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)操控方法，其實(shí)質(zhì)上是非實(shí)時(shí)的，一條總線上掛多個(gè)接點(diǎn)平等競(jìng)爭(zhēng)總線，當(dāng)發(fā)作抵觸的時(shí)分，就得重發(fā)數(shù)據(jù)，最多能夠嘗試16次之多。很顯著這種解決抵觸的機(jī)制是以付出時(shí)刻為代價(jià)的。而且一旦呈現(xiàn)掉線，那怕是只是幾秒種的時(shí)刻，就有或許形成整個(gè)出產(chǎn)的停止乃至是設(shè)備。人身安全事故。這種方法很難滿意工業(yè)操控范疇對(duì)實(shí)時(shí)性的要求；這也是以太網(wǎng)技能進(jìn)入工控范疇的技能瓶頸o3.2.2適應(yīng)性與可靠性：

以太網(wǎng)在規(guī)劃之初是按作業(yè)環(huán)境規(guī)劃的。并不是從工業(yè)網(wǎng)出發(fā)的。當(dāng)它應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，面臨惡劣的工況，嚴(yán)峻的線間干擾等，這些都必然會(huì)引起其可靠性降低。而在實(shí)踐工業(yè)出產(chǎn)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)有必要具有較好的可靠性、可恢復(fù)性、以及可維護(hù)性。即確保一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系中任何組件發(fā)作毛病時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序，操作體系。乃至網(wǎng)絡(luò)體系的潰散和癱瘓。

2.2.3工業(yè)自動(dòng)化操控的應(yīng)用層協(xié)議

現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)中界說(shuō)的應(yīng)用層協(xié)議所界說(shuō)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適合應(yīng)用于工業(yè)進(jìn)程操控范疇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通訊。因此，還需界說(shuō)一致的應(yīng)用層規(guī)范。

2.2.4實(shí)質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)以太網(wǎng)如果用在易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所，有必要考慮實(shí)質(zhì)安全問(wèn)題。別的，工業(yè)以太網(wǎng)因?yàn)檫\(yùn)用了TCP/IP協(xié)議，因此或許會(huì)受到包括病毒、黑客的不合法入侵與不合法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。

2.3以太網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用的解決機(jī)制

跟著網(wǎng)絡(luò)技能的不斷開展，以上呈現(xiàn)的問(wèn)題現(xiàn)已徹底或部分得到解決。

2.3.1交流式以太網(wǎng)技能

為了改善以太網(wǎng)負(fù)載較重時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，選用全雙工通訊，能夠徹底避免ESMA/CD中的磕碰，而且能夠方便地完結(jié)優(yōu)先級(jí)機(jī)制，確保網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大利用率和最好的實(shí)時(shí)功能，它徹底避免了CSMA/CD、主從、令牌等或許的低功率。

2.3.2高速抗擾以太網(wǎng)

咱們知道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載越大的時(shí)分，發(fā)作抵觸的概率也就越大。有資料顯示當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷低于36%時(shí)，基本上不會(huì)發(fā)作抵觸。在負(fù)荷為1O%以下時(shí)，10M以太網(wǎng)抵觸機(jī)率為每五年一次。

100M以太網(wǎng)抵觸機(jī)率為每15年一次。但超過(guò)36%后跟著負(fù)荷的添加發(fā)作抵觸的概率是以幾何級(jí)數(shù)的速度添加的。明顯進(jìn)步以太網(wǎng)的通訊速度，就能夠有用降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。幸運(yùn)的是現(xiàn)在以太網(wǎng)現(xiàn)已呈現(xiàn)通訊速率達(dá)100M/s。1G/s的高速以太網(wǎng)。再加上詳盡全面的規(guī)劃及對(duì)體系中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和通訊流量進(jìn)行操控，和工業(yè)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出產(chǎn)廠商采取了專門的抗干擾辦法，使其愈加契合工業(yè)需求，徹底能夠選用以太網(wǎng)作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

2.3.3應(yīng)用層協(xié)議方面

用戶能夠根據(jù)需求對(duì)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行增減，別的還需求擬定愈加契合工業(yè)要求的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2.3.4實(shí)質(zhì)安全和網(wǎng)絡(luò)安全

設(shè)備出產(chǎn)商供給適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的器件，運(yùn)用密封性好，鞏固、抗轟動(dòng)的以太網(wǎng)設(shè)備與連接件用來(lái)解決實(shí)質(zhì)安全問(wèn)題；選用用戶暗碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全辦理，但針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化操控網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的解決方案還需求仔細(xì)研討。

結(jié)論

綜上所述。工業(yè)以太網(wǎng)操控體系與其它操控體系相比較具有很大的優(yōu)勢(shì)，能夠應(yīng)用在多種工業(yè)操控范疇。跟著集成電路、工業(yè)以太網(wǎng)和嵌人式Internet技能研討的進(jìn)一步深入，根據(jù)以太網(wǎng)的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)年代將會(huì)很快到來(lái)，并成為最具敞開性的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這種新式的網(wǎng)絡(luò)體系，與現(xiàn)場(chǎng)總線在以太網(wǎng)方面的開展相呼應(yīng)，對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)操控網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)革新，必將為工業(yè)操控范疇?zhēng)?lái)新的天地。但是，在某些范疇例如：轎車操控體系、數(shù)控機(jī)床等，因?yàn)槠渥鳂I(yè)條件惡劣、實(shí)時(shí)性、可靠性要求高，均不適合工業(yè)以太網(wǎng)。從現(xiàn)在趨勢(shì)來(lái)看，工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)操控級(jí)毋庸置疑。但至少現(xiàn)在看來(lái)，它還難以徹底取代現(xiàn)場(chǎng)總線，作為實(shí)時(shí)操控通訊的單一規(guī)范，在很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)已有的現(xiàn)場(chǎng)總線仍將持續(xù)存在，最有或許的狀況是開展一種多種網(wǎng)絡(luò)并存的混合式操控體系。

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