以太網(wǎng)已是重要應(yīng)用!以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)解析!

以太網(wǎng)的故事始于ALOHA時(shí)期，而在現(xiàn)今，以太網(wǎng)已經(jīng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。為增進(jìn)大家對(duì)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)以太網(wǎng)以及以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)具有興趣，不妨和小編一起來(lái)繼續(xù)往下閱讀哦。

一、以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是一種有線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通常用于局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN) 和廣域網(wǎng)(WAN)。它于 1980 年在商業(yè)上推出，并于 1983 年首次標(biāo)準(zhǔn)化為IEEE 802.3。此后以太網(wǎng)經(jīng)過(guò)改進(jìn)以支持更高的比特率、更多的節(jié)點(diǎn)和更長(zhǎng)的鏈路距離，但保留了很多向后兼容性。隨著時(shí)間的推移，以太網(wǎng)已在很大程度上取代了競(jìng)爭(zhēng)性有線 LAN 技術(shù)，如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。

最初的10BASE5以太網(wǎng)使用同軸電纜作為共享介質(zhì)，而較新的以太網(wǎng)變體使用雙絞線和光纖鏈路以及交換機(jī)。在其歷史進(jìn)程中，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率已從最初的2.94 Mbit/s 到400 Gbit/s，速率高達(dá)1.6 Tbit/s。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括OSI 物理層的幾種布線和信令變體。

通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信的系統(tǒng)將數(shù)據(jù)流分成稱(chēng)為幀的較短部分。每個(gè)幀都包含源地址和目標(biāo)地址，以及錯(cuò)誤檢查數(shù)據(jù)，以便可以檢測(cè)和丟棄損壞的幀;大多數(shù)情況下，高層協(xié)議觸發(fā)丟失幀的重傳。根據(jù)OSI 模型，以太網(wǎng)提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)鏈路層。48 位MAC 地址被其他IEEE 802網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)采用，包括IEEE 802.11 ( Wi-Fi ) 以及FDDI。以太類(lèi)型值也用于子網(wǎng)訪問(wèn)協(xié)議(SNAP) 標(biāo)頭。

以太網(wǎng)廣泛用于家庭和工業(yè)，并與無(wú)線 Wi-Fi 技術(shù)很好地互通。Internet 協(xié)議通常通過(guò)以太網(wǎng)承載，因此它被認(rèn)為是構(gòu)成 Internet 的關(guān)鍵技術(shù)之一。

二、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

(一)通信確定性與實(shí)時(shí)性

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于它必須滿足控制作用對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，即信號(hào)傳輸要足夠快和滿足信號(hào)的確定性。實(shí)時(shí)控制往往要求對(duì)某些變量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定時(shí)刷新。由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD方式，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求，故傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準(zhǔn)確定時(shí)通信的實(shí)時(shí)性要求，一直被視為“非確定性”的網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)以太網(wǎng)采取了以下措施使得該問(wèn)題基本得到解決：

1、采用快速以太網(wǎng)加大網(wǎng)絡(luò)帶寬

以太網(wǎng)的通信速率從10、100Mb/s增大到如今的1、10Gb/s。在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的減小，即網(wǎng)絡(luò)碰撞機(jī)率大大下降，從而提高其實(shí)時(shí)性。

2、采用全雙工交換式以太網(wǎng)

用交換技術(shù)替代原有的總線型CSMA/CD技術(shù)，避免了由于多個(gè)站點(diǎn)共享并競(jìng)爭(zhēng)信道導(dǎo)致發(fā)生的碰撞，減少了信道帶寬的浪費(fèi)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，提高信道的利用率。

3、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同，每個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量很少，一般為幾個(gè)位或幾個(gè)字節(jié)，而且突發(fā)性的大量數(shù)據(jù)傳輸也很少發(fā)生，因此可以通過(guò)限制網(wǎng)段站點(diǎn)數(shù)目，降低網(wǎng)絡(luò)流量，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

4、應(yīng)用報(bào)文優(yōu)先級(jí)技術(shù)

在智能交換機(jī)或集線器中，通過(guò)設(shè)計(jì)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)來(lái)提高傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

(二)安全性

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多現(xiàn)場(chǎng)不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等，對(duì)應(yīng)用于這些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能裝置以及通信設(shè)備，都必須采取一定的防爆技術(shù)措施來(lái)保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)。

在目前技術(shù)條件下，對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)采用隔爆、防爆的措施比較可行，即通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身的故障產(chǎn)生的點(diǎn)火能量不外泄，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。對(duì)于沒(méi)有嚴(yán)格的本安要求的非危險(xiǎn)場(chǎng)合，則可以不考慮復(fù)雜的防爆措施。

工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全是工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用必須考慮的另一個(gè)安全性問(wèn)題。工業(yè)以太網(wǎng)可以將企業(yè)傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即信息管理層、過(guò)程監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，合成一體，使數(shù)據(jù)的傳輸速率更快、實(shí)時(shí)性更高，并可與Internet無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高工廠的運(yùn)作效率。

但同時(shí)也引人了一系列的網(wǎng)絡(luò)安全向題，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。

一般情況下，可以采用網(wǎng)關(guān)或防火墻等對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，還可以通過(guò)權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理。

(三)穩(wěn)定性與可靠性

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)并不是為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，沒(méi)有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性需要。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械、氣候、塵埃等條件非常惡劣控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，因此對(duì)設(shè)備的工業(yè)可靠性提出了更高的要求。在工廠環(huán)境中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須具備較好的可靠性、可恢復(fù)性及可維護(hù)性。

為了解決在不間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡(luò)也能穩(wěn)定工作的問(wèn)題，美國(guó)Synergetic微系統(tǒng)公司和德國(guó)Hirschmann，Jetter AG等公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式集線器、交換機(jī)產(chǎn)品，安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結(jié)構(gòu)。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線

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