什么是以太網(wǎng)?以太網(wǎng)用于工業(yè)控制有何缺陷?

以太網(wǎng)是局域網(wǎng)中的一種，在各種工業(yè)領(lǐng)域以及信息領(lǐng)域內(nèi)都有以太網(wǎng)的身影。為增進大家對以太網(wǎng)的認識，本文將對以太網(wǎng)、工業(yè)控制以及以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制中的區(qū)別予以介紹。如果你對以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是現(xiàn)實世界中最普遍的一種計算機網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)有兩類：第一類是經(jīng)典以太網(wǎng)，第二類是交換式以太網(wǎng)，使用了一種稱為交換機的設(shè)備連接不同的計算機。經(jīng)典以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的原始形式，運行速度從3~10 Mbps不等;而交換式以太網(wǎng)正是廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)，可運行在100、1000和10000Mbps那樣的高速率，分別以快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)的形式呈現(xiàn)。

以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓撲結(jié)構(gòu)為總線型拓撲，但快速以太網(wǎng)(100BASE-T、1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn))為了減少沖突，將能提高的網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率最大化，使用交換機來進行網(wǎng)絡(luò)連接和組織。如此一來，以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)就成了星型;但在邏輯上，以太網(wǎng)仍然使用總線型拓撲和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即載波多重訪問/碰撞偵測)的總線技術(shù)。

以太網(wǎng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上無線電系統(tǒng)多個節(jié)點發(fā)送信息的想法，每個節(jié)點必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息，有時也叫作以太(Ether)。(這個名字來源于19世紀的物理學(xué)家假設(shè)的電磁輻射媒體-光以太。后來的研究證明光以太不存在。) 每一個節(jié)點有全球唯一的48位地址也就是制造商分配給網(wǎng)卡的MAC地址，以保證以太網(wǎng)上所有節(jié)點能互相鑒別。由于以太網(wǎng)十分普遍，許多制造商把以太網(wǎng)卡直接集成進計算機主板。

二、工業(yè)控制

工控指的是工業(yè)自動化控制，主要利用電子電氣、機械、軟件組合實現(xiàn)。即是工業(yè)控制，或者是工廠自動化控制。主要是指使用計算機技術(shù)，微電子技術(shù)，電氣手段，使工廠的生產(chǎn)和制造過程更加自動化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性。

工業(yè)控制一向是制約中國裝備行業(yè)乃至產(chǎn)品升級的瓶頸。裝備制造業(yè)是工業(yè)的核心和基礎(chǔ)，決定了國家工業(yè)和科技的水平，以及其在全球分工所占據(jù)的地位。

對于機床一類的工業(yè)母機，作為國內(nèi)的制造商，需要西門子或者三菱提供整體的運動控制解決方案，核心的運動控制產(chǎn)品如直線電機、交流伺服電機和系統(tǒng)等進行精確運動控制的核心部件或是應(yīng)用解決方案就是由國外的跨國公司整體提供，從產(chǎn)品到技術(shù)都是由外企來設(shè)計。國內(nèi)從事機床制造的廠商，更多的是從應(yīng)用角度來理解這些關(guān)鍵部件的功能，怎么使用，最終把它們整合成一套機械設(shè)備。這就是在制造業(yè)方面的差距和追趕的方向。

三、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時存在的問題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種商用網(wǎng)絡(luò)，要應(yīng)用到工業(yè)控制中還存在一些問題，主要有以下幾個方面。

(1) 存在實時性差，不確定性的問題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制機制，各個節(jié)點采用BEB(Binary Exponential Back-off)算法處理沖突，具有排隊延遲不確定的缺陷，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要通過競爭來取得信息包的發(fā)送權(quán)。通信時節(jié)點監(jiān)聽信道，只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時，才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開始發(fā)送后，還需要檢查是否發(fā)生碰撞，信息如發(fā)生碰撞，需退出重發(fā)，因此無法保證確定的排隊延遲和通信響應(yīng)確定性，不能滿足工業(yè)過程控制在實時性上的要求，甚至在通信繁忙時，還存在信息丟失的危險，從而限制了它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

(2) 工業(yè)可靠性問題

以太網(wǎng)是以辦公自動化為目標(biāo)設(shè)計的，并沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性需要，如超高或超低的工作溫度，大電機或其他大功率設(shè)備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強電磁噪聲等。以太網(wǎng)如在車間底層應(yīng)用，必須要解決可靠性的問題。

(3) 以太網(wǎng)不提供電源，必須有額外的供電電纜

工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠為現(xiàn)場設(shè)備傳輸工作供給電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護方便考慮，同時總線供電還能減少線纜，降低布線成本。

(4) 以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)

(5) 安全性問題

以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。沒有授權(quán)的用戶可能進入網(wǎng)絡(luò)的控制層或管理層，造成安全漏洞。對此，一般可采用用戶密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機制加強網(wǎng)絡(luò)的安全管理，但針對工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)安全問題的解決方案還需要認真研究。

(6) 現(xiàn)存的控制網(wǎng)絡(luò)與新建以太控制網(wǎng)絡(luò)的集成問題

上述這些問題中，實時性、確定性及可靠性問題是長期阻礙以太網(wǎng)進入工業(yè)控制領(lǐng)域的主要障礙。為了解決這一問題，人們提出了工業(yè)以太網(wǎng)的解決辦法。

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