以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

　　工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）之后產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。本文簡要介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的特點，并詳細論述了工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀以及以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展趨勢，并提出了以太網(wǎng)能實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡(luò)的觀點。

　　傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)自動化要求的不斷提高，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)所擔負的工作越來越重。與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)不同，工業(yè)控制領(lǐng)域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩(wěn)定性和準確性高的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)支持幾乎所有的網(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、開放性高和支持設(shè)備等多方面的優(yōu)勢。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫整合方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

　　以太網(wǎng)技術(shù)由于具有成本低、通信速率和帶寬高、兼容性好、軟硬件資源豐富、廣泛的技術(shù)支持基礎(chǔ)和強大的持續(xù)發(fā)展潛力等諸多優(yōu)點，在過程控制領(lǐng)域的管理層已被廣泛應(yīng)用。事實證明，通過一些實時通信增強措施及工業(yè)應(yīng)用高可靠性網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實施，以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)數(shù)據(jù)通信的實時性及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，并可直接向下延伸應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信。工業(yè)以太網(wǎng)一般是指在技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計時，材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性等方面能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，也就是滿足環(huán)境性、可靠性、安全性以及安裝方便等要求的以太網(wǎng)。近幾年來，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，它是現(xiàn)代自動控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是下一代自動化設(shè)備的標志性技術(shù)，是改造傳統(tǒng)工業(yè)的有力工具，同時也是信息化帶動工業(yè)化的重點方向。國內(nèi)對工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求日益增加，在石油、化工、冶金、電力、機械、交通、建材、樓宇管理、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域和許多新規(guī)劃建設(shè)的項目中都需要工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持。

一、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

　　20世紀80年代中期產(chǎn)生的現(xiàn)場總線，將智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)以全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信控制網(wǎng)絡(luò)連接，使工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展成為可能，使工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大變革?，F(xiàn)場總線國際標準IEC—61158經(jīng)過多年的爭論和斗爭后，放棄了其制定單一現(xiàn)場總線標準的初衷，最終發(fā)布了包括8種（第三版修訂后增加了兩種類型，而成為10種類型）類型總線的國際標準。這說明各大總線各具特點、不可互相替代的局面得到世界工控界的認可。但另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，廣大工控專家、制造商和用戶也逐漸認識到，現(xiàn)場總線之所以沒有能實現(xiàn)統(tǒng)一，除了它們的技術(shù)特色和背后支持的公司間的利益沖突外，還因為現(xiàn)場總線發(fā)展過程中，過多地強調(diào)了自動化網(wǎng)絡(luò)的特殊性，忽視了信息技術(shù)的發(fā)展成果，致使現(xiàn)場總線技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用發(fā)展緩慢。與此同時，壟斷了辦公自動化領(lǐng)域信息網(wǎng)絡(luò)通信的以太網(wǎng)技術(shù)，由于其諸多優(yōu)點，無論是大型跨國企業(yè)還是中小型自動化企業(yè)，都在過程控制領(lǐng)域管理層和控制層等中上層得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，被控對象、測控裝置等物理設(shè)備地域分散性也越來越明顯，集中控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的要求。由于現(xiàn)場總線技術(shù)標準IEC—61158出臺，實質(zhì)上并沒有真正統(tǒng)一的技術(shù)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(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)成為首先選取的目標。

　　以太網(wǎng)是當今最流行、應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)，具有價格低、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度、易于組網(wǎng)應(yīng)用等諸多優(yōu)點，而且其運行經(jīng)驗最為豐富，擁有大量安裝維護人員，是一種理想的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)網(wǎng)卡價格低廉，以太網(wǎng)與計算機、服務(wù)器等接口十分方便。以太網(wǎng)技術(shù)人員多，可以降低企業(yè)培訓(xùn)維護成本；第三，以太網(wǎng)具有相當高的數(shù)據(jù)傳輸速率可以提供足夠的帶寬。而且以太網(wǎng)資源共享能力強，利用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場的總線，很容易將I／O數(shù)據(jù)連接到信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)很容易以實時方式與信息系統(tǒng)上的資源、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫共享；以太網(wǎng)易與Internet連接。在任何城市、任何地方甚至都可以利用電話線通過Internet對企業(yè)生產(chǎn)進行監(jiān)視控制；另外，以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，受到了廣泛的技術(shù)支持。幾乎所有的編程語言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，有多種開發(fā)工具可供選擇。