浅谈基于工业以太网的网络控制技术

王信　陈丹

摘要：以太网（Ethernet）是一种公共总线型局部网络控制技术，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网以应用范围广、通信速率高、价格成本低、共享能力强等优势特点，已成为局域网络控制技术的主流，在事业单位、工矿企业、办公环境、过程监控、生产调度和人力资源等领域得到十分广泛的应用，成效显著。

关键词：工业 以太网 网络控制 技术

中图分类号：TN431 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0027-01

Abstract：Ethernet （Ethernet） is a kind of common bus type local network control technology， and it is the most common communication protocol standard. Ethernet with wide application range， high communication speed， cost is low， the sharing ability strong and so on characteristics， has become the mainstream in the local area network control technology， has been widely used in the field of public institutions， industrial and mining enterprises， office environment， process monitoring， production scheduling， and human resources， and achieved remarkable results.

Key Words：Industry； Ethernet； network control； Technology

随着计算机技术、自动化控制、信息集成、通讯管理和网络连接的快速发展，网络作为信息交换的一种工具正全面快速覆盖到工厂现场设备设施到管理、系统控制和运行等各个层面。

1 工业以太网技术发展现状

以太网（Ethernet）是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，冲突采用CSMA/CD协议控制。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑结构，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。工业以太网的发展体现以下方面：

（1）确定性与实时性：太网采用CSMA/CD方式，在网络负荷增大的情况下，网络传输的不确定性就不能够很好的满足工业控制实时要求，当快速以太网和交换以太网两者之间的发展与结合，解决以太网的非确定问题已迎刃而解。

（2）稳定性与可靠性：在工业生产环境里，Ethernet在性能上应具备相对稳定的可靠性、恢复性和维护性，更好解决工业应用领域不间断和极端条件下网络的稳定性问题，目前，德国Hirschmann、SIEMENS等公司专门研究、开发和生产了Ethernet交换机等相关产品。

（3）安全性：工业Ethernet存在的安全性问题是工业系统的网络安全。在一般情况下，以太网能够采用网关、防火墙、专用杀毒软件对威胁到工业网络与外部网络进行隔离，还可以使用权限控制、数据加密、数据备份等多种安全手段对网络安全加以控制和消除。

2 工业以太网的优势

（1）应用范围广：当前应用最为广泛的计算机技术当属以太网技术，目前工业编程使用的java、Visual、C++、 c语言、 besic 、SQL等编程语言都是支持以太网应用开发的语言。

（2）通信速率高：普遍使用的以太网网络速率已到10、100Mbps以上，有的甚至已在1Gbps以上。对传统现场总线仅为12Mbps的最高传输速率优势明显。

（3）价格成本低：以太网网卡的价格与现场总线网卡价格之比约为1/10；系统的开发和培训费用的降低可以通过大量的软件资源和设计经验来解决，在降低系统的整体成本的同时，还大大加快了系统的研究、设计、开发和推广速度。

（4）共享能力强：随着互联网技术的迅猛发展，以太网已渗透到地球村的各个角落，网络用户已破除地理位置的时空限制，通过联入互联网的任何一台计算机，都能随时随地的浏览工业生产现场控制的数据。

3 工业以太网在控制领域应用

（1）混合Ethernet/fieldbus的网络结构。工业以太网作为新的控制网络与传统的现场总线相比优势显现，现场总线各大厂家倍感压力，争先恐后进入到工业以太网研发大潮中，同时，加大对工业以太网的研发经费和力量，先后推出了基于以太网技术的一系列新产品，部分产品已经进入广泛应用。

（2）基于web的网络监控平台。嵌入式以太网已成为当前网络应用热点，嵌入式以太网通过internet使所有连接网络的设备彼此互通，采用独立的以太网控制器，充分发挥以太网控制器桥梁作用，连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-485接口的现场设备。

4 工业以太网技术的发展前景

由于以太网具备广泛的应用范围、较高的通信速率、丰富的软硬件产品、成熟的应用支持技术、价格成本低、共享能力强等优点，从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，世界部分权威机构预测，以太网取代现场总线已成必然。在美国，已经有许多工业以太网用于IO控制的例子，即变频器、远程IO站全部用工业以太网连在一起的全以太网结构，取代了现有的现场总线。到如今，网络传输速度从早期的10MbpS发展到目前的1Gbps，配合多模光纤技术和频分复用技术，传输速度还有可能进一步增加；网络机理从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，并开始逐步引入流量控制机制。