工業(yè)以太網(wǎng)的特點_工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)特點

　　1、實時性和確定性

　　隨著快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的鍥機，使這一應用成為可能。首先，以太網(wǎng)的通信速率從10M、100M增大到如今的1000M、10G，在數(shù)據(jù)吞吐景相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡負荷的減輕和網(wǎng)絡傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡碰撞幾率大大下降。其次。采用星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)代替總線型結(jié)構(gòu)，交換機將網(wǎng)絡劃分為若干個網(wǎng)段。以太網(wǎng)交換機由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞；同時交換機還可以對網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾，使各個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點問數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡負荷。

　　再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上分別同時接收和發(fā)送報文幀，也不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，同時網(wǎng)絡上的沖突域不復存在（全雙工通信），或碰撞幾率大大降低（半雙工），因此，以太網(wǎng)通信確定性和實對性大大提高。

　　2、穩(wěn)定性和可靠性

　　以太網(wǎng)進入工藝控制領(lǐng)域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機和電纜等均是為商業(yè)領(lǐng)域設計的，商用網(wǎng)絡產(chǎn)品不能應用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，因而需要針對較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境（如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等）來設計工業(yè)以太網(wǎng)。

　　隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展。上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)領(lǐng)域應用，在極端條件下網(wǎng)絡也能穩(wěn)定工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann、JetterAG等公司專門開發(fā)和生產(chǎn)了機架導軌式集線器、交換機產(chǎn)品，安裝在標準DIN導軌上，并由冗余電源供電，接插件采用牢固的DB29結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了特別設計用于連接工業(yè)應用中具有以太網(wǎng)絡接口的工業(yè)設備（如plc、hmi、dcs系統(tǒng)等）。

　　此外，在實際應用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網(wǎng)段還可以采用冗余網(wǎng)絡技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡的抗干擾能力和可靠性。

　　1、通信確定性與實時性

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數(shù)據(jù)準確定時刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD方式，網(wǎng)絡負荷較大時，網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求，故傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為“非確定性”的網(wǎng)絡。

　　2、安全性

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多現(xiàn)場不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等，對應用于這些工業(yè)現(xiàn)場的智能裝置以及通信設備，都必須采取一定的防爆技術(shù)措施來保證工業(yè)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

　　在目前技術(shù)條件下，對以太網(wǎng)系統(tǒng)采用隔爆、防爆的措施比較可行，即通過對Ethernet現(xiàn)場設備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現(xiàn)場設備本身的故障產(chǎn)生的點火能量不外泄，以保證系統(tǒng)運行的安全性。對于沒有嚴格的本安要求的非危險場合，則可以不考慮復雜的防爆措施。

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

　　工業(yè)以太網(wǎng)在協(xié)議里都引入了safety協(xié)議的概念，可以避免黑客對網(wǎng)絡監(jiān)聽和盜取以及信息的篡改，同時可以采用網(wǎng)關(guān)或防火墻等對工業(yè)網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡進行隔離，還可以通過權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密等多種安全機制加強網(wǎng)絡的安全管理。

　　3、穩(wěn)定性與可靠性

　　傳統(tǒng)的Ethernet并不是為工業(yè)應用而設計的，沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應性需要。由于工業(yè)現(xiàn)場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對設備的工業(yè)可靠性提出了更高的要求。在工廠環(huán)境中，工業(yè)網(wǎng)絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性。

　　為了解決在不間斷的工業(yè)應用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡也能穩(wěn)定工作的問題，可以采用導軌式交換機產(chǎn)品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結(jié)構(gòu)。

　　此外，在實際應用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡的抗干擾能力和可靠性。

　　4、總線供電問題

　　總線供電（POE）是指連接到現(xiàn)場設備的線纜不僅傳輸數(shù)據(jù)信號，還能給現(xiàn)場設備提供工作電源。對于現(xiàn)場設備供電可以采取以下方法：

　　1）在目前以太網(wǎng)標準的基礎上適當?shù)匦薷奈锢韺拥募夹g(shù)規(guī)范，將以太網(wǎng)的曼徹斯特信號調(diào)制到一個直流或低頻交流電源上，在現(xiàn)場設備端再將這兩路信號分離開來。

　　2）不改變目前物理層的結(jié)構(gòu)，而通過連接電纜中的空閑線纜為現(xiàn)場設備提供電源。