以太網絡技術在工業控制領域的應用與發展

　　工業以太網控制系統是集散控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）之后產生的一種新型的工業控制系統。本文簡要介紹了工業以太網的特點，并詳細論述了工業以太網在控制領域的應用現狀以及以太網交換技術的發展趨勢，并提出了以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡的觀點。

　　傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大基礎，隨著IT技術的飛速發展和工業自動化要求的不斷提高，工業控制網絡所擔負的工作越來越重。與數據信息網絡不同，工業控制領域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩定性和準確性高的網絡。以太網（Ethernet）技術支持幾乎所有的網絡協議，所以在數據信息網絡中得到廣泛應用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、開放性高和支持設備等多方面的優勢。工業以太網的開放性使得工業控制網絡和企業信息網絡的無縫整合方面具有無可比擬的優勢。

　　以太網技術由于具有成本低、通信速率和帶寬高、兼容性好、軟硬件資源豐富、廣泛的技術支持基礎和強大的持續發展潛力等諸多優點，在過程控制領域的管理層已被廣泛應用。事實證明，通過一些實時通信增強措施及工業應用高可靠性網絡的設計和實施，以太網可以滿足工業數據通信的實時性及工業現場環境要求，并可直接向下延伸應用于工業現場設備間的通信。工業以太網一般是指在技術上與商業以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但在產品設計時，材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性等方面能夠滿足工業現場的需要，也就是滿足環境性、可靠性、安全性以及安裝方便等要求的以太網。近幾年來，隨著以太網技術的快速發展，以太網技術已開始廣泛應用于工業控制領域，它是現代自動控制技術和信息網絡技術相結合的產物，是下一代自動化設備的標志性技術，是改造傳統工業的有力工具，同時也是信息化帶動工業化的重點方向。國內對工業以太網絡技術的需求日益增加，在石油、化工、冶金、電力、機械、交通、建材、樓宇管理、現代農業等領域和許多新規劃建設的項目中都需要工業以太網絡技術的支持。

一、工業以太網的優勢

　　20世紀80年代中期產生的現場總線，將智能現場設備和自動化系統以全數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信控制網絡連接，使工業控制系統向分散化、網絡化和智能化發展成為可能，使工業控制系統的體系結構和功能結構產生重大變革。現場總線國際標準IEC—61158經過多年的爭論和斗爭后，放棄了其制定單一現場總線標準的初衷，最終發布了包括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，隨著互聯網技術的發展，廣大工控專家、制造商和用戶也逐漸認識到，現場總線之所以沒有能實現統一，除了它們的技術特色和背后支持的公司間的利益沖突外，還因為現場總線發展過程中，過多地強調了自動化網絡的特殊性，忽視了信息技術的發展成果，致使現場總線技術、產品和應用發展緩慢。與此同時，壟斷了辦公自動化領域信息網絡通信的以太網技術，由于其諸多優點，無論是大型跨國企業還是中小型自動化企業，都在過程控制領域管理層和控制層等中上層得到廣泛應用。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發展的要求。由于現場總線技術標準IEC—61158出臺，實質上并沒有真正統一的技術標準，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先選取的目標。

　　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、易于組網應用等諸多優點，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。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；第三，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，利用以太網作為現場的總線，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；以太網易與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對企業生產進行監視控制；另外，以太網作為目前應用最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，有多種開發工具可供選擇。