第6頁共17頁工業(yè)以太網(wǎng)簡介： 工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3(Ethernet)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATICNET提供了一個(gè)無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動(dòng)化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能，全雙工和自適應(yīng)的100M波特率快速以太網(wǎng)(FastEthernet，符合IEEE802.3u的標(biāo)準(zhǔn))也已成功運(yùn)行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。為用戶帶來的利益：市場占有率高達(dá)80%，以太網(wǎng)毫無疑問是當(dāng)今LAN(局域網(wǎng))領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)優(yōu)越的性能，為您的應(yīng)用帶來巨大的利益：通過簡單的連接方式快速裝配。通過不斷的開發(fā)提供了持續(xù)的兼容性，因而保證了投資的安全。通過交換技術(shù)提供實(shí)際上沒有限制的通訊性能。各種各樣聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如辦公室環(huán)境和生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)境的聯(lián)網(wǎng)。通過接入WAN(廣域網(wǎng))可實(shí)現(xiàn)公司之間的通訊，例如，ISDN或Internet的接入。SIMATICNET基于經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證的技術(shù),SIMATICNET已供應(yīng)多于400,000個(gè)節(jié)點(diǎn)，遍布世界各地，用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，包括有高強(qiáng)度電磁干擾的區(qū)域。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成：一個(gè)典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件：◆網(wǎng)絡(luò)部件連接部件：FC快速連接插座ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī))MCTP11(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉(zhuǎn)換模塊)通信介質(zhì)：普通雙絞線，工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖◆SIMATICPLC控制器上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器。用于將SIMATICPLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)?！鬚G/PC上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器。用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)重要性能：為了應(yīng)用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，確保工業(yè)應(yīng)用的安全可靠，SIMATICNET為以太網(wǎng)技術(shù)補(bǔ)充了不少重要的性能：工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP通訊協(xié)議10/100M自適應(yīng)傳輸速率冗余24VDC供電簡單的機(jī)柜導(dǎo)軌安裝方便的構(gòu)成星型、線型和環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高速冗余的安全網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間為0.3秒用于嚴(yán)酷環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)元件，通過EMC測試通過帶有RJ45技術(shù)、工業(yè)級的Sub-D連接技術(shù)和安裝專用屏蔽電纜的FastConnect連接技術(shù)，確?，F(xiàn)場電纜安裝工作的快速進(jìn)行簡單高效的信號裝置不斷地監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)元件符合SNMP(簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)可使用基于web的網(wǎng)絡(luò)管理使用VB/VC或組態(tài)軟件即可監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)冗余原理1、引言 在一個(gè)橋接的局域網(wǎng)里，為了增強(qiáng)可靠性，必然要建立一個(gè)冗余的路徑，網(wǎng)段會用冗余的網(wǎng)橋連接。但是，在一個(gè)透明橋橋接的網(wǎng)絡(luò)里，存在冗余的路徑就能建立一個(gè)橋回路，橋回路對于一個(gè)局域網(wǎng)是致命的。它會帶來如下問題：A.廣播風(fēng)暴B.同一幀的多份拷貝C.不穩(wěn)定的MAC地址表 因此，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須有一個(gè)機(jī)制來阻止回路。2、生成樹協(xié)議 生成樹協(xié)議就是IT界中常用的機(jī)制.生成樹協(xié)議是一種橋嵌套協(xié)議，在IEEE802.1d規(guī)范里定義，可以用來消除橋回路。它的工作原理是這樣的：生成樹協(xié)議定義了一個(gè)數(shù)據(jù)包，叫做橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU（BridgeProtocolDataUnit）。網(wǎng)橋用BPDU來相互通信，并用BPDU的相關(guān)機(jī)能來動(dòng)態(tài)選擇根橋和備份橋。但是因?yàn)閺闹行臉虻饺魏尉W(wǎng)段只有一個(gè)路徑存在，所以橋回路被消除。 在一個(gè)生成樹環(huán)境里，橋不會立即開始轉(zhuǎn)發(fā)功能，它們必須首先選擇一個(gè)橋?yàn)楦鶚?，然后建立一個(gè)指定路徑。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里邊擁有最低橋ID的將變成一個(gè)根橋，全部的生成樹網(wǎng)絡(luò)里面只有一個(gè)根橋。根橋的主要職責(zé)是定期發(fā)送配置信息，然后這種配置信息將會被所有的指定橋發(fā)送。這在生成樹網(wǎng)絡(luò)里面是一種機(jī)制，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會重新配置。 當(dāng)選定根橋之后，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，它們必須決定每一個(gè)網(wǎng)段的指定橋，運(yùn)用生成樹的這種算法，根橋每隔2秒鐘從它所有的端口發(fā)送BPDU包，BPDU包被所有的橋從它們的根端口復(fù)制過來，根端口是接根橋的那些橋端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST，網(wǎng)絡(luò)管理員分配端口的COST到所有的橋端口，當(dāng)根橋發(fā)送BPDU的時(shí)候，根橋設(shè)置它的端口值為零。然后沿著這條路徑，下一個(gè)橋增加它的配置端口COST為一個(gè)值，這個(gè)值是它接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一個(gè)網(wǎng)段的值。這樣每一個(gè)橋都增加它的端口的COST值為它所接收的BPDU的包的COST值，所有的橋都檢測它們的端口的COST值，擁有最低端口的COST值的橋就變?yōu)榱酥付ǖ臉颉碛斜容^高端口COST值的橋置它的端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)，變?yōu)榱藗浞輼?。在阻塞狀態(tài)，一個(gè)橋停止了轉(zhuǎn)發(fā)，但是它會繼續(xù)接收和處理BPDU數(shù)據(jù)包。 IEEE802.1D規(guī)范包括了生成樹算法（SpanningTreeAlgorithm，STA），這是一種確保轉(zhuǎn)發(fā)循環(huán)永遠(yuǎn)不會發(fā)生的機(jī)制。STA使用網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BridgeProtocolDataUnits，BPDU），自動(dòng)配置網(wǎng)橋上處于轉(zhuǎn)發(fā)或阻塞狀態(tài)的獨(dú)立端口。BPDU是網(wǎng)橋發(fā)送到一個(gè)已保存的多播MAC地址（對于以太網(wǎng)，這個(gè)地址是01-80-C2-00-00-00）的消息，所有透明網(wǎng)橋都會偵聽該地址。在阻塞狀態(tài)下，端口不會獲悉或轉(zhuǎn)發(fā)已接收到的幀。STA的最終結(jié)果是一個(gè)無循環(huán)的橋接環(huán)境，不管局域網(wǎng)網(wǎng)段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否改變，這個(gè)環(huán)境總是一直存在。生成樹算法,決定了網(wǎng)絡(luò)鏈路故障恢復(fù)時(shí)間,最少不低于15秒。生成樹的狀態(tài): 運(yùn)行生成樹協(xié)議的交換機(jī)上的端口，總是處于下面五個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)：阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動(dòng)以防止回路，由生成樹確定哪個(gè)端口切換為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀但可接受BPDU。監(jiān)聽：不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，但檢測BPDU（臨時(shí)狀態(tài)）。學(xué)習(xí)：不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，但學(xué)習(xí)MAC地址表（臨時(shí)狀態(tài)）。轉(zhuǎn)發(fā)：可以傳送和接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。禁用：通常由于端口故障或交換機(jī)配置錯(cuò)誤引起.3、Supreme-Ring協(xié)議通過傳統(tǒng)聽學(xué)順序轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。需要說明的是，802.1w協(xié)議只適用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈接。在媒體共享的情況下，802.1w協(xié)議將轉(zhuǎn)換成802.1D運(yùn)行。多生成樹協(xié)議 在CiscoMISTP[多實(shí)例生成樹協(xié)議]的推動(dòng)下，MST通過將一些基于VLAN的生成樹匯聚入不同的實(shí)例，并且每實(shí)例只運(yùn)行一個(gè)（快速）生成樹，從而改進(jìn)了RSTP的可擴(kuò)展性。為確定VLAN實(shí)例的相關(guān)性，802.1s引入了MST區(qū)域概念。每臺運(yùn)行MST的交換機(jī)都擁有單一配置，包括一個(gè)字母數(shù)字式配置名、一個(gè)配置修訂號和一個(gè)4096部件表，它與潛在支持某個(gè)實(shí)例的各4096VLAN相關(guān)聯(lián)。作為公共MST區(qū)域的一部分，一組交換機(jī)必須共享相同的配置屬性。重要的是請記住，配置屬性不同的交換機(jī)會被視為位于不同的區(qū)域。 為確保一致的VLAN實(shí)例映射，協(xié)議需要識別區(qū)域的邊界。因此，區(qū)域的特征都包括在BPDU中。交換機(jī)必須了解它們是否像鄰居一樣位于同一區(qū)域，因此會發(fā)送一份VLAN實(shí)例映射表摘要，以及修訂號和名稱。當(dāng)交換機(jī)接收到BPDU后，它會提取摘要，并將其與自身的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。為避免出現(xiàn)生成樹環(huán)路，如果兩臺交換機(jī)在BPDU中所接收的參數(shù)不一致，負(fù)責(zé)接收BPDU的端口就會被宣布為邊界端口。 IEEE802.1s引入了IST（內(nèi)部生成樹）概念和MST實(shí)例。IST是一種RSTP實(shí)例，它擴(kuò)展了MST區(qū)域內(nèi)的802.1D單一生成樹。IST連接所有MST網(wǎng)橋，并從邊界端口發(fā)出、作為貫穿整個(gè)網(wǎng)橋域的虛擬網(wǎng)橋。MST實(shí)例（MSTI）是一種僅存在于區(qū)域內(nèi)部的RSTP實(shí)例。它可以缺省運(yùn)行RSTP，無須額外配置。不同于IST的是，MSTI在區(qū)域外既不與BPDU交互，也不發(fā)送BPDU。MST可以與傳統(tǒng)和PVST+交換機(jī)互操作。思科實(shí)施定義了16種實(shí)例：一個(gè)IST（實(shí)例0）和15個(gè)MSTI，而802.1s則支持一個(gè)IST和63個(gè)MSTI。與傳統(tǒng)生成樹的互操作性 RSTP和MSTP都能夠與傳統(tǒng)生成樹協(xié)議互操作。但是，當(dāng)與傳統(tǒng)網(wǎng)橋交互時(shí)，802.1w的快速融合優(yōu)勢就會失去。 為保留與基于802.1D網(wǎng)橋的向后兼容性，IEEE802.1s網(wǎng)橋在其端口上接聽802.1D格式的BPDU。如果收到了802.1DBPDU，端口會采用標(biāo)準(zhǔn)802.1D行為，以確保兼容性。例如，在圖3中，交換機(jī)A上的“P4”一旦在至少兩倍的“hellotime”中檢測到PVST+BPDU，它就會發(fā)送PVST+BPDU。要說明的是，如果PVST+網(wǎng)橋從網(wǎng)絡(luò)中刪除后，交換機(jī)A就無法發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變更，需要人工重啟協(xié)議移植。圖3 圖3介紹了應(yīng)用于VLAN2000的轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它映射至RSTP/MSTP區(qū)域中的MST#2。用于IST和MST#2的根交換機(jī)駐留于RSTP/MSTP區(qū)域內(nèi)。MSTIBPDU并未發(fā)送至邊界端口“P4”外，只有ISTBPDU是如此。通過在PVST+域所有現(xiàn)用VLAN上復(fù)制ISTPBPDU，MST區(qū)域模擬了PVST+鄰居。然后，PVST+域接收IST上發(fā)送的BPDU，并選擇交換機(jī)B作為VLAN2000的根交換機(jī)（注：交換機(jī)B是IST的根。） 如果PVST+域中出現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變更，在傳統(tǒng)云中生成的相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化通知（TCN）BPDI將由IST在MST域中處理，不致影響MST轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了避免可能導(dǎo)致環(huán)路的錯(cuò)誤配置，強(qiáng)烈建議為MST域中的PVST+實(shí)例（即IST根）配置根交換機(jī)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新進(jìn)展（一）--工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)型網(wǎng)絡(luò) 為了提高可靠性，工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用設(shè)備冗余方法，當(dāng)工作的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換到冗余的備用設(shè)備。以太網(wǎng)也必須建立冗余。單環(huán)冗余 環(huán)狀拓?fù)錇榻⑷哂嗑W(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)設(shè)計(jì)簡單、成本低廉的解決方案（圖1）。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)由多臺交換機(jī)連接成環(huán)型，設(shè)備連接到交換機(jī)上。理論上，以太網(wǎng)不能如此連接，因?yàn)閺V播數(shù)據(jù)包會沿環(huán)反復(fù)傳播引起傳輸負(fù)荷驟增導(dǎo)致阻塞。解決的方法是在以太網(wǎng)交換機(jī)上配置生成樹協(xié)議（802.1D）或快速生成樹協(xié)議（802.1W）。安裝了該協(xié)議后，環(huán)上的一個(gè)網(wǎng)段會自動(dòng)從邏輯上阻塞變成一個(gè)備用的網(wǎng)段。如果某一個(gè)運(yùn)行的網(wǎng)段出現(xiàn)故障，則阻塞的備用網(wǎng)段將會運(yùn)行起來，使網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖1：單環(huán)冗余提供設(shè)備冗余的以太網(wǎng)雙環(huán)拓?fù)鋯苇h(huán)拓?fù)渲荒芴峁﹤鬏斆襟w的冗余。雙環(huán)拓?fù)淇梢越⒁粋€(gè)具有冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完全的冗余系統(tǒng)。例如，一個(gè)具有以太網(wǎng)冗余接口的工業(yè)控制設(shè)備可以分別連接到兩個(gè)以太網(wǎng)環(huán)上（圖2），實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)接口、交換機(jī)和介質(zhì)的完全冗余。圖2：雙環(huán)冗余美國卓越通訊的工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)交換機(jī) 美國卓越通訊TSCCarat50系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)是專為工業(yè)類客戶設(shè)計(jì)的支持冗余環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信設(shè)備，充分考慮到工業(yè)控制對通訊系統(tǒng)可靠性的要求，采用TSC獨(dú)有的環(huán)網(wǎng)協(xié)議，其鏈路故障恢復(fù)時(shí)間達(dá)到了300ms以內(nèi)，完全采用封閉金屬褶皺散熱結(jié)構(gòu)，適用于高溫、灰塵、強(qiáng)電磁等惡劣環(huán)境。特殊型號機(jī)型更能勝任水下運(yùn)行。該機(jī)型環(huán)網(wǎng)設(shè)置已經(jīng)高度智能化，無須現(xiàn)場PC設(shè)置，智能確認(rèn)開關(guān)的使用既使得網(wǎng)絡(luò)工程師的現(xiàn)場操作簡單，又確保通訊系統(tǒng)安全可靠。工廠、電站、軍方等不同客戶可根據(jù)各自需要選擇該系列產(chǎn)品。高性能：Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可提供全線速無阻塞100M轉(zhuǎn)發(fā)，構(gòu)筑“Supreme-Ring”環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。具有6個(gè)10/100M雙絞線端口(RJ45)用于連接終端設(shè)備或網(wǎng)段，2個(gè)主干端口(光纖)用于構(gòu)成主干“Supreme-Ring”連接，可為工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備提供可冗余的連接，任何一段主干通訊通道的故障都將在300ms內(nèi)被察覺出來，并將啟動(dòng)冗余鏈路傳送數(shù)據(jù)。讓您的自動(dòng)化系統(tǒng)保持正常工作。Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，最大學(xué)習(xí)8000個(gè)地址，其每個(gè)端口均可連接多個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)段。完全兼容IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，減少了與其他支持以太網(wǎng)設(shè)備與Carat相連接時(shí)候出現(xiàn)的兼容性問題。高可靠：工業(yè)化設(shè)計(jì)的可冗余雙DC電源(18V-36V)輸入，有效保障與減少故障還原時(shí)間。電源故障時(shí)，提供繼電器報(bào)警輸出，便于技術(shù)人員對故障作出快速反應(yīng)。Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)高強(qiáng)度金屬褶皺結(jié)構(gòu)外殼，能夠屏蔽電磁干擾，并且抗振動(dòng)耐沖擊，同時(shí)又是散熱器，避免了因使用風(fēng)扇引起的灰塵，減少了因風(fēng)扇停轉(zhuǎn)而引起的故障點(diǎn)。IP30級別防護(hù)等級，-10℃～+70℃寬工作溫度，確保產(chǎn)品在嚴(yán)苛的工業(yè)現(xiàn)場工作良好。高易用：Carat50系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可以導(dǎo)軌式、壁掛式、任意平面安裝。通過前面板按鍵簡單設(shè)置即可構(gòu)建堅(jiān)固可靠的“Supreme-Ring”環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。圖3：TSCCarat5008FC2工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新進(jìn)展（二）--實(shí)時(shí)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是通信實(shí)時(shí)性 以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初是用于商業(yè)領(lǐng)域，要將它應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，還有一些需要解決的技術(shù)問題：(1)需要解決它在工業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性問題；(2)以太網(wǎng)不提供電源，因此需要額外的供電電纜；(3)以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)；(4)以太網(wǎng)介質(zhì)訪問方式采用CSMA/CD協(xié)議，不能滿足工業(yè)過程控制在實(shí)時(shí)性上的要求，甚至在通信繁忙時(shí)，還存在信息丟失的危險(xiǎn)，確定性不高。 對于以太網(wǎng)不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的問題，工業(yè)以太網(wǎng)可以通過多種途徑，如改善傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜、采用網(wǎng)關(guān)，還有采用PC-BASED方案和ON-CHIP設(shè)備等方法來解決工業(yè)以太網(wǎng)對工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)問題。 以太網(wǎng)作為商用網(wǎng)絡(luò)的使用中，被認(rèn)為是實(shí)時(shí)性不高、非確定性的網(wǎng)絡(luò)，這主要是由于它所采用的介質(zhì)訪問方式所決定的。CSMA/CD協(xié)議，即“帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問”。在工作過程中，如果有站點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)，首先偵聽電纜。如果鏈路正被其它的站點(diǎn)使用，該站點(diǎn)等待鏈路空閑再傳輸；如果鏈路空閑，則立即傳輸。如果有2個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)在空閑的鏈路上開始傳輸數(shù)據(jù)，就發(fā)生沖突，于是所有的沖突站點(diǎn)停止傳送數(shù)據(jù)，運(yùn)行二進(jìn)制后退算法，等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，再重復(fù)上述過程。正是由于CSMA/CD的工作原理，造成數(shù)據(jù)傳輸有可能經(jīng)歷不可預(yù)見的延時(shí)，甚至長時(shí)間無法發(fā)送的情況。而且，以太網(wǎng)的整個(gè)傳輸體系沒有有效的措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)故障而加以隔離，從而有可能使故障節(jié)點(diǎn)占用總線而導(dǎo)致其它節(jié)點(diǎn)傳輸失敗。 工業(yè)控制系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)的傳輸不僅速度快，而且要求響應(yīng)快，即通信的實(shí)時(shí)性要好?？刂葡到y(tǒng)對時(shí)間特性的要求比一般的信息傳輸要更嚴(yán)格，因?yàn)檫@往往涉及到安全等問題，必須在任何時(shí)間都要及時(shí)響應(yīng)，不允許有任何的不確定性。因此，工業(yè)以太網(wǎng)需要解決商用以太網(wǎng)存在的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的問題，以使工業(yè)以太網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)通信，滿足工業(yè)控制的要求。工業(yè)以太網(wǎng)通信實(shí)時(shí)性的解決方案 以太網(wǎng)技術(shù)在最近取得了很大的進(jìn)步，其中交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用大大地改善了以太網(wǎng)技術(shù)中由于CSMA/CD介質(zhì)訪問方式產(chǎn)生的不確定性問題，它與快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，使以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性得到了很大的改善。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間可以小于4ms，可滿足大多數(shù)工業(yè)過程控制的要求。工業(yè)以太網(wǎng)從通信技術(shù)的角度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的機(jī)制有：<1>采用交換式集線器。傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用共享式集線器，由于共享式集線器的結(jié)構(gòu)和功能僅僅是一種物理層中繼器，因此連接到共享式集線器上的所有站點(diǎn)共享一個(gè)帶寬，遵循CSMA/CD協(xié)議進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而交換式集線器可以認(rèn)為是一個(gè)受控的多端口開關(guān)矩陣，各個(gè)端口之間的信息流是隔離的，只有在同一個(gè)端口上的信息流才會發(fā)生沖突，即每個(gè)端口是一個(gè)沖突域。這樣，不同端口可以形成多個(gè)數(shù)據(jù)通道，端口之間的數(shù)據(jù)輸入和輸出不再受CSMA/CD的約束，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)站點(diǎn)的帶寬，從而提高了交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能。<2>使用全雙工（full-duplex）通信模式。即使是交換式以太網(wǎng)，由于一個(gè)端口是一個(gè)沖突域，在半雙工情況下仍不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如果采用全雙工模式，同一條數(shù)據(jù)鏈路中兩個(gè)站點(diǎn)可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)接收數(shù)據(jù)，解決了這種情況下半雙工存在的需要等待的問題，理論上可以使傳輸速率提高一倍。<3>采用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)。虛擬局域網(wǎng)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的許多固有觀念，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更靈活、方便。實(shí)際上，VLAN就是一個(gè)廣播域，不受地理位置的限制，可以根據(jù)部門職能、對象組和應(yīng)用等因素將不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)用戶劃分為一個(gè)邏輯網(wǎng)段。局域網(wǎng)交換機(jī)的每一個(gè)端口只能標(biāo)記一個(gè)VLAN，同一個(gè)VLAN中的所有站點(diǎn)擁有一個(gè)廣播域，不同VLAN之間廣播信息是相互隔離的，這樣就避免了廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。工業(yè)過程控制中控制層單元在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和安全性方面都要與普通單元區(qū)分開來，使用虛擬局域網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的開放平臺上做邏輯分割，將不同的功能層、不同的部門區(qū)分開，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性和簡化網(wǎng)絡(luò)管理的目的。通常虛擬局域網(wǎng)的劃分方式有3種：靜態(tài)端口分配、動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)和多虛擬網(wǎng)端口配置。靜態(tài)端口分配指的是網(wǎng)絡(luò)管理人員利用網(wǎng)管軟件或直接設(shè)備交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)虛擬網(wǎng)，這些端口將保持這樣的從屬性，除非網(wǎng)管人員重新設(shè)置；動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)指的是支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬；多虛擬網(wǎng)端口配置支持一個(gè)用戶或一個(gè)端口同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)，這樣可以將一臺控制層計(jì)算機(jī)配置成多個(gè)部門可以同時(shí)訪問、也可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源。<4>引入質(zhì)量服務(wù)（QoS）。IP是指IP的服務(wù)質(zhì)量（qualityofservice），亦即IP數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)時(shí)的性能，它的目的是向用戶提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。它有一套度量指標(biāo)，包括業(yè)務(wù)可用性、延遲、可變延遲、吞吐量和丟包率等。QoS網(wǎng)絡(luò)可以區(qū)分實(shí)時(shí).非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在工業(yè)以太網(wǎng)中采用QoS技術(shù)，可以識別來自控制層的擁有較高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)，并對它們優(yōu)先處理，為工業(yè)控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信提供一種保障機(jī)制。另外，QoS網(wǎng)絡(luò)還可以制止對網(wǎng)絡(luò)的非法使用，譬如非法訪問控制層現(xiàn)場控制單元和監(jiān)控單元的終端等。 世界上有一些國際組織正在從事推動(dòng)以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域的工作，如IEEE著手制訂現(xiàn)場總線和Ethernet通信的新標(biāo)準(zhǔn)。ODVA發(fā)布了一個(gè)為在工廠基層使用以太網(wǎng)服務(wù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。AG-E，Kuka及PhoenixContact等公司在2000年3月成立了IDA（InterfaceforDistributedAutomation）組織，致力于開發(fā)一種基于EthernetTCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)化的開放的通信接口。2000年8月SchneiderElectric加入該組織后，IDA大大增強(qiáng)了它的影響力。 2001年11月，IDA組織公布了它的第一份技術(shù)規(guī)范，與上面介紹的從通信技術(shù)方面做的改進(jìn)不同，IDA為以太網(wǎng)建立一個(gè)新的實(shí)時(shí)通信用戶層，采用一種新的通信協(xié)議———RTPS（real-timepublish/subscribe）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，RTPS的實(shí)現(xiàn)則由一個(gè)中間件來完成。以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)前言: 以太網(wǎng)及TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)獲得了很大的成功,成為IT行業(yè)應(yīng)用中首選的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。近年來，由于國際現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作沒有達(dá)到人們理想中的結(jié)果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)逐步在自動(dòng)化行業(yè)中得到應(yīng)用，并發(fā)展成為一種技術(shù)潮流。 以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)該區(qū)分為兩個(gè)方面問題，或者說兩個(gè)層次的問題。一是工廠自動(dòng)化技術(shù)與IT技術(shù)結(jié)合，與互連網(wǎng)Internet技術(shù)結(jié)合，成為未來可能的制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)雛形。大多數(shù)專家們對自動(dòng)化技術(shù)這種發(fā)展趨勢給予肯定的評價(jià)。另一個(gè)方面，即以太網(wǎng)能否在工業(yè)過程控制底層，也就是設(shè)備層或稱為現(xiàn)場層廣泛應(yīng)用？能否成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這些問題實(shí)為目前自動(dòng)化行業(yè)專家們爭論的熱點(diǎn)。本文將只就這一問題,從以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的技術(shù)比較出發(fā),談?wù)剛€(gè)人看法。以太網(wǎng)指的是什么 什么是“以太網(wǎng)”？以及相關(guān)的IEEE802.3及TCP/IP技術(shù)?這對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程師可能是基本常識，但我們自動(dòng)化技術(shù)工程師未必清楚。在討論以太網(wǎng)與自動(dòng)化技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)之前,有必要先澄清一下這幾個(gè)基本術(shù)語的含義。筆者查閱了有關(guān)資料，現(xiàn)將有關(guān)“以太網(wǎng)”、IEEE802.3及TCP/IP相關(guān)的技術(shù)背景摘要如下:以太網(wǎng):?1975年:美國施樂(Xerox)公司的PaloAlto研究中心研制成功[METC76]，該網(wǎng)采用無源電纜作為總線來傳送數(shù)據(jù)幀，故以傳播電磁波的“以太(Ether)”命名。?1981年：美國施樂(Xerox)公司+數(shù)字裝備公司(Digital)+英特爾(Intel)公司聯(lián)合推出以太網(wǎng)(EtherNet)規(guī)約[ETHE80]?1982年：修改為第二版，DIXEthernetV2因此：“以太網(wǎng)”應(yīng)該是特指“DIXEthernetV2”所描述的技術(shù)。IEEE802.3?80年代初期:美國電氣和電子工程師學(xué)會IEEE802委員會制定出局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),即IEEE802參考模型.IEEE802參考模型相當(dāng)于OSI模型的最低兩層:?1983年：IEEE802委員會以美國施樂(Xerox)公司+數(shù)字裝備公司(Digital)+英特爾(Intel)公司提交的DIXEthernetV2為基礎(chǔ)，推出了IEEE802.3?IEEE802.3又叫做具有CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)的網(wǎng)絡(luò)。CSMA/CD是IEEE802.3采用的媒體接入控制技術(shù)，或稱介質(zhì)訪問控制技術(shù)。因此:IEEE802.3以“以太網(wǎng)”為技術(shù)原形，本質(zhì)特點(diǎn)是采用CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制技術(shù)。“以太網(wǎng)”與IEEE802.3略有區(qū)別。但在忽略網(wǎng)絡(luò)協(xié)議細(xì)節(jié)時(shí),人們習(xí)慣將IEEE802.3稱為”以太網(wǎng)”。與IEEE802有關(guān)的其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：IEEE802.1—概述、體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測量。IEEE802.2—邏輯鏈路控制LLC。最高層協(xié)議與任何一種局域網(wǎng)MAC子層的接口。IEEE802.3—CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)，定義CSMA/CD總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。IEEE802.4—令牌總線網(wǎng)。定義令牌傳遞總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。IEEE802.5—令牌環(huán)形網(wǎng)。定義令牌傳遞環(huán)形網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)范。IEEE802.6—城域網(wǎng)。IEEE802.7—寬帶技術(shù)。IEEE802.8—光纖技術(shù)。IEEE802.9—綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)。IEEE802.10—可互操作的局域網(wǎng)的安全。IEEE802.11—無線局域網(wǎng)。IEEE802.12—優(yōu)先高速局域網(wǎng)(100Mb/s)。IEEE802.13—有線電視(Cable-TV)TCP/IP協(xié)議?TCP/IP是多臺相同或不同類型計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換的一套通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議組的準(zhǔn)確名稱應(yīng)該是internet協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個(gè)協(xié)議。而internet協(xié)議族TCP/IP還包含了與這兩個(gè)協(xié)議有關(guān)的其它協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）、地址轉(zhuǎn)化協(xié)議（ARP）和互連網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）。由于TCP/IP是internet采用的協(xié)議組，所以將TCP/IP體系結(jié)構(gòu)稱作internet體系結(jié)構(gòu)。?以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上TCP/IP技術(shù)支持各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：令牌總線、令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）、SLIP（串行線路IP）、PPP（點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）、X2.5數(shù)據(jù)網(wǎng)等。見圖1：TCP/IP技術(shù)支持的各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由于TCP/IP是世界上最大的Internet采用的協(xié)議組，而TCP/IP底層物理網(wǎng)絡(luò)多數(shù)使用以太網(wǎng)協(xié)議，因此，以太網(wǎng)+TCP/IP成為IT行業(yè)中應(yīng)用最普遍的技術(shù)。 本文主題中所提到的“以太網(wǎng)”，按習(xí)慣主要指IEEE802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來表示。以太網(wǎng)為什么會進(jìn)入自動(dòng)化行業(yè) 以太網(wǎng)+TCP/IP作為辦公網(wǎng)、商務(wù)網(wǎng)在IT行業(yè)中獨(dú)霸天下，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)。但為什么近年來會逐步向自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展，形成與現(xiàn)場總線技術(shù)競爭的局面？回顧近年來自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,可以了解到其中的原委。自動(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制發(fā)展到工廠自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化近年來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展使人們認(rèn)識到，單純提高生產(chǎn)設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化水平，并不一定能給整個(gè)企業(yè)帶來好的效益；因此，企業(yè)給自動(dòng)化技術(shù)提出的進(jìn)一步要求是：將整個(gè)工廠作為一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益。因此，有了現(xiàn)代制造自動(dòng)化模型，見圖2。所以說自動(dòng)化技術(shù)由單機(jī)自動(dòng)化發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化。<現(xiàn)代制造自動(dòng)化模> 自動(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制向工廠自動(dòng)化FA、系統(tǒng)自動(dòng)化方向發(fā)展。制造業(yè)對自動(dòng)化技術(shù)提出了數(shù)字化通信及信息集成的技術(shù)的要求;即要求應(yīng)用數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠信息縱向的透明通信。工廠底層設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成、車間底層數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)是信息集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)

為滿足工廠上層管理對底層設(shè)備信息的要求,工廠車間底層設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)信息集成是實(shí)現(xiàn)全廠FA/CIMS的基礎(chǔ)。見圖3:工廠自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級<工廠自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級>(3)現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生 現(xiàn)場總線(FieldBus)是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用,為車間底層設(shè)備信息及生產(chǎn)過程信息集成提供了通信技術(shù)平臺.圖4是工廠底層應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全廠信息縱向集成的透明通信,即從管理層到自動(dòng)化底層的數(shù)據(jù)存取.<工廠底層應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全廠信息縱向集成的透明通信>現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)之一ROFIBUS技術(shù) ROFIBUS技術(shù)是1987年由Siemens公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)；1989年批準(zhǔn)為德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245（PROFINUS-FMS/-DP）；1996年批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170V.2(PROFIBUS-FMS/-DP)；1999年P(guān)ROFIBUS成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分(TypeIII). PROFIBUS技術(shù)為設(shè)備層提供了PROFIBUS-DP和-PA技術(shù)，為車間層提供了PROFIBUS-FMS技術(shù),見圖5。?PROFIBUS-DP是設(shè)備層現(xiàn)場總線,用于控制器(如PLC、PC、NC)與現(xiàn)場控制設(shè)備（如驅(qū)動(dòng)器、檢測設(shè)備、HMI等）之間的通信總線；?設(shè)備層現(xiàn)場總線技術(shù)具有高速（12M）、實(shí)時(shí)、確定、可靠特點(diǎn)（如-DPV2可用于運(yùn)動(dòng)控制），傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對較小。?PROFIBUS-PA也是設(shè)備層總線，具有IEC61158-2的物理層，可實(shí)現(xiàn)總線供電，并有本質(zhì)安全技術(shù)。?PROFIBUS-FMS車間級現(xiàn)場總線，主要用于車間級設(shè)備監(jiān)控。主要完成車間生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)過程監(jiān)控、車間級生產(chǎn)管理、車間底層設(shè)備及生產(chǎn)信息集成。車間級現(xiàn)場總線具有傳輸數(shù)據(jù)量大、應(yīng)用層信息規(guī)范完整等特點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求不高。（5）國際現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158 根據(jù)現(xiàn)場總線技術(shù)概念，面對自動(dòng)化行業(yè)千變?nèi)f化的現(xiàn)場儀表設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)不同廠家不同種類產(chǎn)品的互連，現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作至關(guān)重要。為此，國際IEC委員會于1984年提出制定現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC1158（即IEC61158）。A．IEC61158目標(biāo)：IEC1158的目標(biāo)是制定面向整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。為此，根據(jù)不同行業(yè)對自動(dòng)化技術(shù)的需求不同，將自動(dòng)化技術(shù)分為五個(gè)不同的行業(yè)；見圖6：IEC1158的目標(biāo)。IEC61158是要制定出一部滿足工業(yè)自動(dòng)化五大行業(yè)不同應(yīng)用需求的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。B．妥協(xié)的結(jié)果 經(jīng)過十幾年的努力，1998年，對IEC61158（TS）進(jìn)行投票。由于IEC61158（TS）只包含了ProcessControl部分，因此，IEC61158（TS）沒有通過投票，自動(dòng)化行業(yè)期待了十多年的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的努力失敗。1999年12月，IEC61158放棄了原有設(shè)想，通過妥協(xié)方案，即：以IEC61158（TS）+Add.Protocols作為IEC61158技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的方案；其中Add.Protocols包含ControlNet、PROFIBUS、P-Net、FFHSE、SwiftNet、WorldFIP和Interbus總線。 自動(dòng)化行業(yè)將面臨一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存的現(xiàn)實(shí)世界。C．IEC61158發(fā)展歷程給我們的啟示 面對當(dāng)今以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用潮流，IEC61158發(fā)展歷程至少給了我們兩點(diǎn)啟示，這對我們能夠清醒面對現(xiàn)實(shí)頗有好處：I、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，使用一種現(xiàn)場總線技術(shù)不可能滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。II、技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不單是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。（6）以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域 IEC61158制定統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)努力的失敗，使一部分人自然轉(zhuǎn)向了在IT行業(yè)已經(jīng)獲得成功的以太網(wǎng)技術(shù)。因此，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之爭，給了以太網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)難得的機(jī)會。積極推進(jìn)這種技術(shù)概念的如法國施耐德公司，面向工廠自動(dòng)化提出了基于以太網(wǎng)+TCP/IP的解決方案，稱之為“透明工廠”。望文生義可以理解為：“協(xié)議規(guī)范統(tǒng)一，信息透明存取”。施耐德公司是將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠設(shè)備底層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者，已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實(shí)際應(yīng)用。太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀目前，以太網(wǎng)工業(yè)在自動(dòng)化領(lǐng)域已有不少成功應(yīng)用實(shí)例，主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)車間級生產(chǎn)信息集成：主要由專用生產(chǎn)設(shè)備、專用測試設(shè)備、條碼器、PC機(jī)及以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成；主要功能是完成車間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。管理層信息網(wǎng)絡(luò)：即支撐工廠管理層MIS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。主要完成如ERP的信息系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)：特別是一些區(qū)域廣泛、含有計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)的SCADA系統(tǒng)，如城市供水或污水管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)、水利水文信息監(jiān)測SCADA系統(tǒng)等。個(gè)別的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：個(gè)別要求高可靠性和一定實(shí)時(shí)性的分布式控制系統(tǒng)也有采用以太網(wǎng)+TCP/IP技術(shù)，并獲得很好的效果；如水電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。既然以太網(wǎng)已成功的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化諸多方面，既然IEC61158沒有給出一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為什么不能將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)過程控制底層，即設(shè)備層，成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這就回到了本文開篇的話題。在這個(gè)問題上，除去各公司利益代言人從公司市場利益出發(fā)的商業(yè)宣傳不算，就是自動(dòng)化行業(yè)專家們也是智者見智，仁者見仁，看法不盡相同。筆者從事現(xiàn)場總技術(shù)研發(fā)工作，習(xí)慣從技術(shù)方面將以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行比較，從而得出幾點(diǎn)看法。4.以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)的比較(1)物理層現(xiàn)場總線A.傳輸介質(zhì)：多數(shù)采用屏蔽雙絞電纜（RS-485）、光纖、同軸電纜，以解決長線傳輸、數(shù)據(jù)傳輸速率和電磁干擾等問題。也有無線傳輸方案，以適應(yīng)不同場合需要。B.插件：各種防護(hù)等級工業(yè)級的接插件。C．線供電及本質(zhì)安全：如IEC61158-2，用于流程控制及要求防爆功能的場合。D.編碼：異步NRZ、位同步曼徹斯特編碼等。E.傳輸速率：9.6k~12M以太網(wǎng)A.傳輸介質(zhì)：UTP3類線、UTP5類線、屏蔽雙絞電纜、光纖、同軸電纜,無線傳輸?shù)慕鉀Q方案。B.插件：RJ45、AUI、BNCC.總線供電及本質(zhì)安全：無。D.編碼：同步、曼徹斯特編碼。E.傳輸速率：10M、100M(2)介質(zhì)訪問控制方式現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線的介質(zhì)訪問控制方式要滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求，即通信的實(shí)時(shí)性和確定性。確定性指站點(diǎn)每次得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)間隔和時(shí)間是確定的；實(shí)時(shí)性指網(wǎng)絡(luò)分配給站點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間和間隔可以保證站點(diǎn)完成它確定的任務(wù)。目前現(xiàn)場總線技術(shù)采用的介質(zhì)訪問控制方式主要有：令牌、主從、生產(chǎn)者/客戶（producer/consumer）以太網(wǎng)CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）采用的介質(zhì)訪問控制方式，如果不是這樣就不是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）；比如采用令牌調(diào)度方式，應(yīng)是基于IEEE802.4令牌總線網(wǎng)。根據(jù)CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機(jī)理，它不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和確定性要求。由于以太網(wǎng)與CSMA/CD具有對等的技術(shù)內(nèi)涵，可以說以太網(wǎng)不是傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要求的實(shí)時(shí)性和確定性網(wǎng)絡(luò)。（3）傳輸效率：不同網(wǎng)絡(luò)對報(bào)文長度有一個(gè)限制。在網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中，除了有效傳輸數(shù)據(jù)之外，還有一些作為同步、地址、校驗(yàn)等附加字段。有效數(shù)據(jù)字段與附加字段之比反映的網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩蛘哒f反映一次有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r(jià)。通常報(bào)文格式如下:<報(bào)文格式>傳輸效率=有效數(shù)據(jù)長/[全部附加字段長+有效數(shù)據(jù)長]以太網(wǎng)全部附加字段長=26字節(jié)最大有效數(shù)據(jù)長=1500字節(jié)最小有效數(shù)據(jù)長=1字節(jié)（小于46時(shí)填0）最大傳輸效率=1500/（1500+26）=98.3%最小傳輸效率=1/（1+26+45）=1.39%現(xiàn)場總線PROFIBUS全部附加字段長=11字節(jié)最大有效數(shù)據(jù)長=244字節(jié)最小有效數(shù)據(jù)長=1字節(jié)最大傳輸效率=244/（244+11）=95.69%最小傳輸效率=1/（1+11）=8.33%工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數(shù)據(jù)量（字節(jié)）傳輸效率工業(yè)網(wǎng)典型傳輸數(shù)據(jù)量（字節(jié)）傳輸效率811.11%842.11%1622.22%1659.26%2433.33%2468.57%3244.44%3274.42%4055.55/54078.43%4864.86%4881.36%5668.29%5683.58%6471.11%6485.33%12883.11%12892.09%<以太網(wǎng)與PROFIBUS參數(shù)比較>(3)現(xiàn)場設(shè)備信息規(guī)范及功能