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工业以太网未来发展方向解析

导读: 开放的以太网是20多年来发展最为成功的网络技术,并导致了一场信息技术的革命。可以预见,正如当年PC机进入工业自动化领域一样,采用以太网技术是现场总线的发展趋势。

  开放的以太网是20多年来发展最为成功的网络技术,并导致了一场信息技术的革命。可以预见,正如当年PC机进入工业自动化领域一样,采用以太网技术是现场总线的发展趋势。

  1.应用现状

  工业自动化控制系统网络结构发展越来越分散化,同时系统越来越复杂,内部连接越来越高速化、紧密化,更多的是系统细分成为独立控制孤岛,对驱动器和用户接口需求越来越多。而无论如何传统PLC技术无法满足该要求,现场总线技术也不能提供相关性能。只有通过网络技术来解决,而在所有网络技术中,以太网技术是最理想的选择。

  目前以太网还只适合于工业控制网络系统的信息层应用。以太网是Byte级网络,只能部分代替现场总线作用,而将以太网用于现场I/O级,这是目前工控领域研究的热点之一。

  2.Ethernet的优势

  与以往控制网络相比,以太网应用于工业控制具有以下的优势:

  (1)更高的通信带宽。以太网是一种成熟、快速的网络协议,数据传输速率为10~100Mb/s。新一代以太网传输速率更快,可达1Gb/s,能满足不断增长的数据通信需要,成为企业范围的主干网络。

  (2)实现现场设备层和企业管理层的无缝连接。以太网早已成为企业管理网络的首选,将其应用于现场设备控制网络,将实现企业信息网络和控制网络的融合,促进整个企业信息化的集成。

  (3)控制系统成本降低。主要体现在两方面:支持以太网通信的网络设备较低;熟悉以太网网络操作的用户较多,整个系统培训、维护都较容易。

  (4)更高稳定性。光纤网络已成为Internet的主干网络,光纤所具有的良好抗噪声干扰性能使得以太网更适合在实时监控的高噪声设备现场环境。

  3.Ethernet在中国的应用

  目前国内对工业控制网络领域的理论研究主要局限于现场总线网络,部分学者对建立工业以太网控制网络进行了探讨,但仍停留在概念上,未能进入实质性研究阶段,实际应用还不多。

  就目前我国网络控制实际情况和发展要求,工业控制系统将普遍以现场总线和DCS相结合作为控制系统的底层和中层,用于工业现场;而将以太网用于控制系统的上层,以实现高速率的通信和网络互连。

  4.发展方向

  基于以太网的控制网络所具有的上述优点是目前现场总线技术所无法比拟的。另外,随着宽带以太网与交换式以太网技术的发展,以太网作为控制网络在控制实时性方面的问题正在逐步得以解决。虽然以太网采用的是带碰撞检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD),一般认为该协议不能满足控制系统实时性要求,但100Mb/s以太网已开始广泛应用,千兆以太网产品也已出现;而且以太网交换技术的出现,通过全双工交换技术,可完全避免CSMA/CD中的碰撞;还可方便实现优先级机制,实现网络带宽的最大利用率和最好实现性能。

  所以,未来工业控制系统的发展方向必然是通过工业Ethernet网络实现互连,最后连接到Internet。

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