工业以太网的意义及其应用分析
以太网技术在工业控制领域的应用及意义
随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。
现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。
随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。
Ethernet通信机制
Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。
在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。
Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要发送报文时，必须先监听网络，如果网络繁忙则坚持监听网络，一旦网络空闲就发送数据;在发送数据过程中继续监听，如果检测到冲突则立即停比发送并发出一个强化冲突的干扰信号，通知所有节点此时的网络己经发生冲突，此时冲突各方卞动退避随机等待一段时间后再重新监听网络，该随机时间由BEB(Binary
Exponential Back-off)算法确定。
传统商用以太网主要缺陷及解决方案
由于Ethernet是以办公自动化为目标设计的，并不完全符合工业环境的要求，将传统的Ethernet用于工业领域还存在明显的缺陷。但由于其技术简单、完全公开，通过不断改进、提升，市场占有率越来越大，而成本越来越低，进而变成主流。据VDC(Venrure Development Crop)调查报告，如今己有约95%的网络节点具有Ethernet接口。随着IT技术的快速发展，Ethernet引进了许多新技术和新标准，不仅提高了Ethernet实时能力，还进一步增强了柔性和可靠性，使Ethernet应用于工业现场设备之间的通信成为可能。
交换机是数据链路层的多端口网桥，也可以说是一种智能HUB它能够读取正在传送的数据的目的地址并把它转发到相应的端口，在源端和交换设备的目标端之间提供一个直接快速的点到点连接。从交换机流入的数据包直接从和它相连的目的站接口流出。在普通交换设备中，一个节点传送的数据都要被广播到其他的各个节点，采用了交换技术之后，发送的数据通过交换机就直接送到了希望接收的目的地址，这就使得多个数据可以同时发送。交换机主要用来把网络分成不同的冲突域，同时对网络进行扩展。这种网络的性能主要由传输和接收的元件性能决定。通过网段的微化增加了每个网段的吞吐量和带宽，为每个节点提供了独占的点到点链路。这样，在体系结构上和简单的点到点的连接完全一样，每个设备都有一个专用的单独信道连接到另一个设备，因此不需要竞争底层传输信道。
交换式Ethernet克服了传统Ethernet的缺点，大大提高了网络性能，使原来的共享式带宽变成了独占式带宽.较好地解决了带宽问题。对于普通共享式Ethernet，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(如100Mb/s)的N分之一；而使用交换机之后，虽然数据传输速率仍为100Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此整个局域网的可用带宽相当于N*100Mb/s。
使用交换机，还可以对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段内节点之间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需要经过主干网，也就不会占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。而全双工通信又使得端口间两对传输线路（双绞线或光纤等）上分别同时接收和发送报文帧，而不发生冲突，因此也不再受到CSMA/CD的约束。全双工交换式Ethernet已经成为一个确定性网络，不会因冲突而引起通信非确定性，Ethernet的通信实时性得到了保障。
工业可靠性
由于传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性以及可维护性。
随着技术的发展，Ethernet的网络传输线已从昂贵且难以安装的同轴电缆变化到廉价的非屏蔽双绞线，它的抗干扰能力可与4~20mA模拟传输线路相当，如果需要更强大的抗干扰能力可以采用屏蔽双绞线或光纤网络。为了提高工业以太网的工业可靠性，在进行系统设计时，可通过可靠性设计提高现场设备的可靠性；采用环形冗余结构Ethernet以提高系统的可恢复性；采用智能设备管理系统，对现场设备进行在线监视和诊断、维护管理。
安全性
在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒气体等，对应用于这些工业现场的智能装置以及通信设备，都必须采取一定的防爆技术措施来保证工业现场的安全生产。以太网系统的本质安全包括几个方面，即工业现场Ethernet交换机、传输介质以及基于Ethernet的变送器和执行机构等现场设备。由于目前以太网收发器本身的功耗都比较大，一般都在60~70mA的这种缺陷已经得到解决，因此过去低功耗的Ethernet现场设备设计难以实现的要求和目标已经完全可以满足。
在目前技术条件下，对于没有严格的本安要求的非危险场合，对以太网系统可以采用隔爆防爆的措施，即通过对Ethernet现场设备采取增安、气密、浇封等隔爆措施，使现场设备本身的故障产生的点火能量不会外泄，以保证系统运行的安全性。对于有严格的本安要求的危险场合，则可以直接采用本安型的工业以太网设备等防爆措施。
工业系统的网络安全是工业以太网应用必须考虑的另一个安全性问题。工业以太网可以将企业传统的3层网络系统，即信息管理层、过程监控层、现场设备层，合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并可与Internet无缝集成，实现数据的共享，提高工厂的运作效率，但同时也引入了一系列的网络安全问题，工业网络可能会受到包括病毒感染、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。一般情况下，可以采用网关或防火墙等对工业网络与外部网络进行隔离，还可以通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络的安全管理。
另外，最新推出的标准中，对Ethernet的总线供电规范也进行了定义。Ethernet在工业应用过程中的各种问题已经得到根本性的解决。
工业以太网的优势
Ethernet由于其应用的广泛性和技术的先进性，不仅在民用商业领域形成了垄断性优势，在工业应用中也具有传统现场总线所无法比拟的优越性。
带宽高
随着现场设备功能逐级增强，工业网络中传输的数据量将会成倍增加，加之现在有了现场设备要内置Web Server以网页形式与外界沟通信息的需求，工业网络对带宽的要求越来越高。而传统的现场总线一般的传输速率仅为1~2Mb/s尽管有些总线可以得到更高的通信速率，如Contro1Net的传输速率为5Mb/s，PROFIBUS-DP可高达12Mb/s，但成本价格昂贵。
作为一种低成本网络技术，Ethernet目前的速率为10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10000Mb/s的快速以太网也已开始大量广泛应用，其通信速率比传统的现场总线快得多，完全可以满足工业网络不断增长的带宽要求。
应用广泛
Ethernet是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持。以工业以太网为主要研究对象的众多国际组织，如IEA (Industrial Ethernet
Alliance)、IANOA (Industrial Automa-tion Network Alliance)等纷纷成立。几个主要现场总线组织(如FF、PROFIBUS、DcviccNct、Con-trolNET和LonWorks等)也在开发基于Ethcr-net的现场总线协议，更有一些公司己在开发具有Ethernet接口的仪表。几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发，如果采用Ethernet作为现场总线，可以保证有多种开发工具、开发环境供选择。
以太网与其他技术的对比
以太网技术能成为全球主流的通讯总线技术，是因为其优秀的开放性和灵活性，以及针对高可靠性需求方面的持续发展创新造成的。以太网技术与传统的SDH技术以及CAN、串口等其他的各种现场总线的特点对比如下。
表格 1 以太网与其他技术对比
序号 项目 SDH技术 以太网技术 其他总线技术
1 实时性 实时性较好 单级设备引入的延迟2us 由于传输速率只有几百Kbps，实时性差
2 传输带宽 64K，2M，622M，
需要多级复用 10M，100M，1G，10G甚至100G，无需复用 带宽很低，一般为几百Kbps
3 时钟同步性能 同步时分复用，同步精度较高 IEEE1588及同步以太网技术同步精度可达100ns甚至10ns以下 大部分不支持时钟同步；最好的IRIG-B传输，同步精度也在10ms左右
4 承载业务 语音业务为主 视频、语音、测量控制测量、控制等小业务量 多种业务
5 兼容性 兼容性一般 良好的兼容性 互不兼容
6 冗余性能 单向环，双向环，DXC保护，冗余性能50ms 多种冗余保护拓扑
冗余性能50ms 总线型或树型拓扑
无冗余特性
7 效率 时分复用，带宽利用率低 高效传输，网络带宽利用率高 固定带宽，对突发业务处理能力差
8 服务质量保证 无 Qos，优先级 无
9 组播功能 无 支持 无
10 VLAN功能 无 支持 无
11 工作方式 链路交换，效率较低 包交换，存储转发，效率高 总线式，查询，效率很低
12 网络管理 链路管理 全面管理 基本管理
13 互通性 与终端互联需要转接、交叉 直接互通 需要转接
14 维护成本 专业维护，成本高 维护成本低 维护成本较高
工业以太网与现场总线技术及应用
工业以太网与现场总线技术及应用
摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。以太网就是这样的一种网络。本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。
关键词：现场总线 控制系统 以太网 FCS
一 引言
随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。
但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation
Fieldbus等几十种现场总线。由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。
二 以太网进入现场总线 以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。它具有如下特点：
以太网技术在工厂的应用探讨
设备・论坛
文章编号：１６７１—０７１ １（２０１２）０７—００２９—０２ ｜ｔ ｌｌｌ惫｜ 散 ｌ
以太网技术在工厂的应用探讨
齐向红，单为春
（济南钢铁集团总公司，山东济南２５０１０１）
摘要：阐述了以太网的技术特点，重点对以太网应用于工业现场所面临的问题和采取的应对措施进行 了说明。
关键词：局域网；以太网；协议；拓扑结构
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ
一、前言 随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展， 信息交换技术正迅速地应用于工厂的设备控制及管理各个
层次。但由于现场总线相互之间兼容性差、生产现场控制 设备的种类繁多，导致不同的总线产品之间无法实现互连、
互换；而以太网以其通用性强、技术成熟、带宽迅速增加、 低成本、高扩展性技术特性成为工业控制的主流，广泛地 应用到工业现场控制网络中。
二、以太网技术及构成 以太网是信息技术中技术最为成熟、有众多硬件供应 商支持的信息高速通道，它能把大量的局域网联成广域网，
并能在现场与现场总线技术相互渗透。 工业以太网是采用ＩＥＥＥ ８０２．３和８０２．５标准的网络体系，
对应ＯＳＩ参考模型的物理层和数据链路层，符合ＩＳＯ和ＴＣＰ３Ｐ 通信协议。其介质访问控制方式是ＣＳＭＡ／ＣＤ（载波监听多 路访问／冲突检测）方式，即带有碰撞检测的载波侦听多路
访问，并具有ＩＯ／ＩＯＯＭ自适应的传输速率，星型、总线型、 环型等灵活的拓朴结构。 工业以太网的构成包括以下部分。 （１）网络部件：以太网交换机或集线器、光电转换器。
（２）通信介质：普通双绞线、工业屏蔽双绞线和光 纤。 （３）工业以太网通信处理器：如ＳＩＭＡＴＩＣ公司和 Ｓｃｈｎｅｉｄａｒ／￣司均有自己的以太网通信模块。
（４）以太网卡：用于连接上位计算机到以太网络。 三、工业以太网结构在实际控制中面临的问题及改进
方法 １．实时性和确定性
现场控制网络要求具有较强的实时性，实时『生就是信号 传输足够快加上确定性。而以太网由于采用的是ＣＳＭＡ／ＣＤ协 议，缺乏确定性（Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｍ），当网络负荷较大时，网络
工业以太网在低压配电自动化中的应用
电力建设 建材与装饰２０１０年１Ｏ月
工业以太网在低压配电自动化中的应用
梁志力
摘要：本文主要介绍了工业以太网性能及其在自控领域的地位．分析了现场总线的局限性在于标准互不兼容，重点提出了实现工业 以太网的对策包括：给予采用嵌入式以太网智能电气设备．制定行业标准，建立低压配电自动化体系结构，并给出低压配电自动化的体系 结构模型。 关键词：低压配电自动化；现场总线；工业以太网
在通讯技术、计算机技术、网络技术的推动下，一种名为“工
业以太网”的技术出现了。什么是工业以太网？就是将普通以太
网移植到工业控制系统的网络。工业以太网依托ＴＣＰｈＰ（传输控
制协议／网际协议）和Ｗｅｂ技术，打散子系统，重新整合信息点，
在配电自动化领域闯出了～条新路。
１工业以太网的特点
１．１工业以太网的数据
在计算机网络中，我们把欲发送的整块数据称为报文（Ｍｅｓ—
ｓａｇｅ）。工业以太网的数据分为实时数据和非实时数据两类。
ＩＥＣ６１８５０的标准草案中，将数据分为７类：①快速报文，包括数
据命令等需要立即执行和传送的报文，如跳闸信息，要求传输时
间小于１０ｍｓ；②中速报文，包含有时标的报文，注重发生的时
间，例如状态信息，测量信息等，传输时间小于ｌＯＯｍｓ：③低速报
文，包含低速控制功能、事件记录传输、读取或设置系统参数描
述等数据，传输时间小于５００ｍｓ：④生成的数据报文，包含数字
式变送器和数字式传感器等输出的同步数据：⑤文件传输报文，
传送大型记录数据对应的文件、信息，传输时被分成多块，传输
时间大于１０００ｍｓ；⑥时间同步报文，同步变电站自动化系统中
各设备的内部时钟；⑦具有访问控制的命令报文。
１．２数据的输入（输出）对象
数据的输出与输入对象是工作于工业现场的执行器、传感
器，即ＤＯ／ＤＦ（数字量输出／数字量输入）、ＡＯ／ＡＩ（模拟量输出／模
拟量输入）。其特点是有效寿命较短，不断被改变和刷新。
１－３工作环境恶劣
EtherNetIP通信协议应用实例
EtherNetIP通信协议应用实例
在工业自动化领域，EtherNet/IP通信协议作为一种常用的工业以太网协议，被广泛应用于设备间的数据通信和控制。本文将介绍EtherNet/IP通信协议的应用实例，展示其在工业环境中的具体应用场景和优势。
一、概述
在工业控制系统中，设备之间的通信是至关重要的。传统的通信方式往往存在诸如速度慢、可靠性低等问题，而EtherNet/IP协议作为一种基于以太网的通信协议，具有高速、实时性强、可靠性高等优点，因而被广泛应用于工业自动化领域。
二、应用实例
1. 工业机器人控制
在现代工厂中，工业机器人被广泛应用于生产线的自动化操作。通过EtherNet/IP通信协议，工业机器人可以与其他设备进行实时的数据交换和控制指令传输。例如，生产线上的传感器可以实时采集产品的数据，通过EtherNet/IP协议传输给控制器，控制器再下发指令给机器人，实现对生产过程的精准控制和调节。
2. 智能制造系统
在智能制造系统中，各个生产设备需要实现信息的共享和协同工作，以实现生产过程的智能化和高效化。EtherNet/IP通信协议可以实现不同厂商、不同类型设备之间的无缝连接和数据交换，从而实现智能制造系统中的信息集成和资源共享。例如，生产线上的PLC、人机界面、传感器等设备可以通过EtherNet/IP协议实现数据的实时传输和共享，提高生产效率和品质。
3. 远程监控与维护
在工业自动化系统中，远程监控与维护是非常重要的功能。通过EtherNet/IP通信协议，工程师可以远程监控设备的运行状态、实时获取数据，并进行远程诊断和维护。这极大地提高了设备的可用性和维护效率，降低了维护成本和停机时间。
4. 数据采集与分析
随着工业互联网的发展，数据采集与分析在工业自动化中的作用日益凸显。EtherNet/IP通信协议可以实现工业设备的数据采集和实时传输，为工厂提供大量的实时数据。结合先进的数据分析技术，可以实现对生产过程的实时监控和预测分析，提高生产效率和产品质量。
工业以太网在工业控制网络中的应用与发展综述
网络中的应用与发展综述 ＿ ｌｌｌｌ＿ ＿ ｌｌｌ ｜ ｌｌ ｌｌ ＿ｌｌｌｌ＿ｌ ＿ 一
简要介绍了现场总线控制网络和工业以太网 在工业控制中的应用现状。根据以太网的技 术特点分析了工业以太网在工业控制中的优 势与不足，并对工业以太网技术前景进行了 展望 ｜美龟 菰＿ ＿ ｌｌ 现场总线；工业以太网；控制网络 钺 ＿ ＿＿ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｃｔｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｅｔ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｔｅｃｈｎｏｂｇｙ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ．Ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 惘 ＿ ＿ ｌｌ ｓ＿ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：Ｃｏｎｔｒｏｒ Ｎｅｔ 引言 工业控制网络作为工业企、ｌ 网络的重 要组成部分，对干企业的生产、加工及制造 具有极 重要的作用。工业控制网络主要 用来处理灾时现场信息，是网络控制系统 进行实时控芾ｆＪ信息处 的数据流通道。它 具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本 低廉等特点，对于控制系统实现网络化控 制以及工业 业实现完全分布式网络化控 制具有 要作用。工、ｌ 控制网络一般指以 控制事物对象为特征的计算机网络系统。 １现场总线发展现状 现场总线是运用工业和工程现场的一 种数字 络。按照国际电工委员会ＩＥＣ／ ＳＣ６５Ｃ的定义，安装在制造或过程区域的 现场装置与控制室内的自动控制装置之间 Ｓ ｅ ｒ ｉ Ｐ ｅ ｘ（串联多路控制总线）。③ ＩＳＯ】ｌ８９８与１ＳＯ】】５９ｉ的ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｅｒｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ控制器局域网络）。另外 还何美国标准现场总线ＬｏｎＷｏｒｋ。 由＿１：，可以看出Ｈ前现场总线的国际 标准至少有１４种，而且还有可能增加。国 际上现有总线有数 种，使『｝ｊ较多并具有 较大影响力的现场总线主要＿仃如下５种： ①Ｆｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ基金会现场总线 （ＦＦ总线）。②Ｐｒｏｆｉｂｕｓ过程现场总线。 ③ＣＡＮ总线。④Ｌ０ｎＷＯｒｋ总线。⑤ ｔｔＡＲＴ（ＨｉｇｂｗａＹ Ａｄｄ ｒｅｓ ｓａｂ１ｅ ；的数字式、船型和多点通信的数据总线称 Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）可寻址远程传感器数据通 为现场总线 Ｉ。通过现场总线，各种智能 路。５种现场总线技术指标如表１所示。 设备（智能变送器、调节法、分析仪平【１ 这５种现场总线有各自的技术特点， 分布式Ｉ／Ｏ单元）可以方便地进行数据交 已存一些特定的应用领域显示出了Ｆ｛身的 换，过程控制策略可以完全在现场设备层 优势，并形成了一定影响。如Ｆｒ总线 次ｔ实现。 主要应用于化丁、石油、污水处理等过程 现场总线起源于欧洲，早在１ ９８４年 自动化现场；Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 广泛应用于加工制 际电工委 会ＩＥＣ（Ｉｎ Ｌｅ ｒｎ ａｔｉｏｎ ａｊ。造过程和楼宇自动化；ＣＡＮ总线…最初刚 Ｅ１ｅｃＬｒｏ—ｔｅｃｈｎｉｃａ１ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）就丌始 干汽车内部测 孑执行部件之间的数据通 着手制定现场总线的吲际标准，但由于技 信协议，现已逐步发展剁机械制造、数控 术和利益等各方面原凶一直没有制定 统 机床、变电站检测设备的监控与应用卜。 的标准。所以各个跨国公司根据自身的 闩前阁内外工业控制 络还没有形成 技术和利益，制定了各自的现场总线标准， 统一的格局，协议多种多样，埘下用户而 形成了当今多种现场总线并仔的局面。 言，各种设备很难实现互联互通，刚络适 现有的现场总线标准有以下几种：① 接较为复杂，这尢疑埘工、 络的应用及 ＩＥＣ６１１５８的ＦＦ，ＣｏｎｔｔｒｏｌＮｅＬ，Ｐｒｏｆｉｂｕｓ， 发展造成影响。而工业以人网就是针对这 Ｐ－Ｎｅｔ，Ｓｗｉｆｔ Ｎｅｔ，ＷｏｒＪｄ ＦＩＰ，Ｉｎｔｅｒｂｕｓ￣！些问题而提出来的。 Ｐｒｏｆｉｎｅｔ共８种现场总线的１０种类型。② ２工业以太网技术分析 ＩＥＣ６２０２６包括的４种现场总线国际标准： ２．１工业以太叫发展现状 ＡＳｉ（Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）执行 工业以１人网｝支术是普通以太 技术仟 传感器接口；ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ；ＳＤＳ（Ｓｍａｒｔ 工业控制 络中的延伸。所谓工业以太 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ）灵巧式分散系统； 网，是指其在技术上与商用以太 表１ ５种现场总线技术指标 总线类型 特挂 Ｐ Ｆｒ０ｆｉ ｕ Ｈ嘏Ｔ ｅＡ辩 Ｌｏｎｇｏｒｋ 楼字目动化、工啦自动 应用范围 惶表 Ｐ ： 智能囊送器 汽车 化等 敷绒线、愈艇、 罄蛀线、光 裂纹线 电力畿、电缆、 通讯介囊 掉 电源信号线 搬绒线、光钎 光纤 无鳇等 光纤、无线等 秆质谪瞄方式 令牌、主肛 令牌、主从 令牌、燕询 旺仲裁 Ｐ—ＦＣＳＢＡ 列错方式 ＣＲＣ ｅ矗Ｃ ＣＲＣ Ｃ弹： ＣＲＣ 通信速率（ ｐ§） ２ ５ ｌ ２ ｉ ２ １ １ ２５ ｌ 最大节点数 ３２ ｉ２８ ｉ５ ｉｌＯ 忧先壤 膏 翦 有 有 有 谋密躐 身汾认证 本地安垒 是
工业以太网技术的应用和发展
工业以太网技术响应用和发展
文Ｏ田晓霞曹其宏薛伟刘雷（山东华聚能源兴隆庄矿电厂）
摘要：工业以太网控制系统是集散控
制系统（ＤＣＳ）和现场总线控制系统（ＦＣＳ）之后
产生的一种新型的工业控制系统。本文简
要介绍了工业以太网的特点，并详细论述
了工业以太网在控制领域的应用现状以及
以太网交换技术的发展趋势，并提出了以
太网能实现工业控制网络与企业信息网络 的无缝连接，形成企业级管控一体化的全
开放网络的观点。
关键词：工业以太网；特点；趋势；全 开放网络
传感器技术、通信技术和计算机技术 是现代信息技术的三大基础，随着Ｉ Ｔ技术
的飞速发展和工业自动化要求的不断提
高，工业控制网络所担负的工作越来越
重。与数据信息网络不同，工业控制领域
需要一种高速廉价、实时性和开放性好、 稳定性和准确性高的网络。以太网
（Ｅｔｈｅ ｒ１２ｅｔ）技术支持几乎所有的网络协
议，所以在数据信息网络中得到广泛应用，
具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼
容性好、开放性高和支持设备等多方面的 优势。工业以太网的开放性使得工业控制
网络和企业信息网络的无缝整合方面具有
无可比拟的优势。
一、工业以太网技术的特点
以太网技术具有价格低廉、稳定可
靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用
广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最
受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着
网络技术的发展，以太网进入了控制领域，
形成了新型的以太网控制网络技术。这主
要是由于工业自动化系统向分布化、智能
化控制方面发展，开放的、透明的通讯协
议是必然的要求。以太网技术引入工业控
制领域，其技术优势非常明显：
（一）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ是全开放、全数字化的
网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以
很容易实现互联。
（二）以太网能实现工业控制网络与
企业信息网络的无缝连接，形成企业级管
控一体化的全开放网络。 （三）软硬件成本低廉，由于以太网技
术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受
关于以太网在工业自动化中的应用研究
关于以太网在工业自动化中的应用研究
摘要:本文对工业以太网的发展历程以及包含的内容进行了介绍,分析了工业以太网的优势,并对工业以太网与现场总线的融合进行了分析,并总结了工业以太网当前的应用场合。
关键词:以太网 工业自动化 应用
工业革命是自动化技术的助产士,正是由于工业革命的需要,自动化技术才冲破了卵壳,得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步,如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域,成为提高劳动生产率的主要手段。自动化技术发展的需求是从单机控制向工厂自动化FA、系统自动化方向发展,工厂自动化FA要求应用数字通信技术实现工厂信息纵向的透明通信。
1 工业以太网
以太网技术最早由Xerox开发,后经数字设备公司、lntel公司联合扩展,于1982年公布了以太网规范。IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制定的。按ISO开放系统互联参考模型的分层结构,以太网规范只包括通信模型中的物理层与数据链路层。工业以太网技术源于普通以太网技术,为了促进以太网在工业领域的应用,国际上成立了工业以太网协会,工业自动化开放网络联盟等组织,目标是在世界范围内推进工业以太网技术的发展、教育和标准化管理,在工业应用领域的各个层次运用以太网。美国电气电子工程师协会(IEEE)也正着手制定现场装置与以太网通信的标准。这些组织还致力于促进以太网迸人工业自动化的现场级,推动以太网技术在工业自动化领域和嵌人式系统的应用。
工业以太网技术不仅包含了物理层与数据链路层的以太网规范,而且包含TCP/IP协议组,即包含网络层的网际互联协议lP、传输层的传输控制协议TCP、用户数据包协议UDP等。有时甚至把应用层的简单邮件传送协议SMTP、域名服务DNS、文件传输协议FTP、再加上超文本链接HTTP、动态网页发布等互联网上的应用协议都与以太网这个名词捆绑在一起。以太网是TCP/IP使用最普遍的物理网络,实际上TCP/IP技术支持各种局域网络协议,包括:令牌总线、令牌环、FDDI(光纤分布式数据接口)、SLIP(串行线路IP)、PPP(点到点协议)、X2.5数据网等。以太网+TCP/IP作为办公网、商务网在IT行业中独霸天下,其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统。但为什么近年来会逐步向自动化行业发展,形成与现场总线技术竞争的局面。
工业以太网通信协议的安全性分析
工业以太网通信协议的安全性分析
随着信息时代的发展，工业控制网络的监测与管理变得越来越关键。然而，网络攻击和安全威胁也越来越多。因此，保证工业以太网通信协议的安全性变得格外重要，本文就围绕工业以太网通信协议的安全性展开探讨。
1. 工业以太网通信协议介绍
工业以太网通信协议是工业网络通信的标准协议，主要用于工业通信数据交换，数据集成和实时控制等方面。它可以满足复杂和高速工业通信网络的需求，广泛应用于各种工业环境中。
2. 2.1 工业以太网通信协议存在的安全问题
工业以太网通信协议在实现通信的同时，也存在着潜在的安全风险，如：
（1）未经授权的访问工业以太网通信协议，非法入侵系统，获取网络信息和控制权限。
（2）攻击者利用工业以太网通信协议进行网络监听，截取设备和数据间的通信流量，窃取敏感数据信息。
（3）利用工业以太网通信协议对网络发起拒绝服务（Denial of
Service）攻击，导致系统崩溃。
2.2 工业以太网通信协议的安全保障机制 为了保障工业以太网通信协议的安全性，需要建立完备的保障机制，如：
（1）对工业以太网通信协议进行全面的加密控制，加强用户身份认证和访问控制。
（2）采用网络隔离技术，将网络分割成多个独立的子网络，实现系统隔离和数据隔离，保证网络安全。
（3）建立有效的网络监测和管理体系，实时检测网络安全事件和攻击，及时采取应对措施。
3. 工业以太网通信协议的未来趋势
未来，工业以太网通信协议将更加智能化和智能化，具备更强大的数据管理和控制功能，这也意味着工业以太网通信协议的安全性问题将成为更加复杂的挑战。因此，在工业以太网通信协议的设计和实施中，安全性问题必须成为首要考虑因素。
4. 结论
工业以太网通信协议的安全性分析是一个复杂的问题，需要在多方面进行加强和改进。只有在全面加强安全保障机制的基础上，才能保证工业控制网络通信的安全和稳定。
工业以太网及其在水泥生产控制系统中的应用
工业以太网及其在水泥 生产控制系统中的应用 江智军 段冀冀ｔ 廖良民 （１．南昌大学自动化研究所，南昌３３００２９；２．济南大学，济南２０００２２） 摘要：简述了工业以太网技术的特点，并且讨论了工业以太网在工业应用中的若干问题，并且给出了基于工业以太网的 水泥生产过程控制系统中的应用。 关键词：工业以太网，控制系统，水泥厂 中国分类号：ＴＱ１７２．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—１３２４（２００６）０６—００３３—０３ 随着计算机、通信、网络等信息技术的发展，工 业自动化要求不断提高，工业控制网络所负担的工 作越来越重，而且近年来，由于国际现场总线技术 标准化工作没有达到人们理想中的结果，因而，工 业控制领域需要一种高速廉价、开放性好、稳定性 和准确性高的网络。 此时，工业以太网则以具有传输速度高、低耗、 易于安装和兼容性好的等方面优势，逐渐渗入到工 业自动化系统的控制层和设备层，而不仅仅是信息 层。现在，可以通过以太网传送程序、进行故障分 析和操作数据。并且它的开放性实现了现场设备层 和企业管理层的无缝连接。 １工业以太网及其在工业应用的若干问 题 １．１工业以太网 工业以太网是为了满足工业控制领域对以太网 的需求而派生出来的。他与普通商用以太网相互兼 容，符合ＩＥＥＥ８０２ｌ３标准。按照国际标准化组织开 放系统互连参考模型（ＯＳＩ）的层结构，以太网标准 只定义了数据链路层和物理层。作为一个完整的通 信系统，它需要高层协议的支持。ＡＰＡＲ－ＮＥＴ在制
改造前 改造后 田５液压系统改造原理圈 整系统压力，调整压力超过１５ＭＰｐａ时，工作介质 液压油分别通过 、３｝｝压力调节阀产生溢流，使液 山东建 压系统永远在小于１５ＭＰａ的｜豳 下工作。保护了系 统各处的密封，对篦冷机的固定篦床、活动篦床也 起到了一定的保护作用。减少了因误操作而引起的 设备故障的发生。同时，对三位四通先导式液控滑 阀进行了更换，中位机能由Ｏ型更换为Ｈ型。实现 了液压泵中位机能泄荷，从根本上杜绝了液压泵负 荷启动。 通过优化改进，新型的固定篦床型推动棒篦冷 机推动能力提高了，活动篦床的卡阻现象基本杜绝 了。液压系统的密封、液压泵及篦床得到了有效保 护，满足了正常生产的需要。 （收稿日期：２００６．０９－２６） ２００６年第６期 。３３‘
煤矿井下工业以太网系统研究与应用
２０１１年第２期 能源技术与管理 １４３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１１．０２．０５６
煤矿井下工业以太网系统研究与应用
李平 ，陈健永 （１．徐州矿务集团夹河煤矿，江苏徐州２２１１６７；２．江苏煤矿安全监察局，江苏南京２１００２４）
［摘要］分析了现有监测监控等自动化系统存在的“信息孤岛”问题，提出了解决方案。介绍 了基于工业以太网的煤矿安全多元素信息系统的系统结构、设计、功能特点及其应 用情况。 ［关键词］工业以太网；监测监控；安全 ［中图分类号］ＴＤ６７６［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２．９９４３（２０１ １）０２．（）１４３ ３
１ 概述
国家安全监管总局、国家煤矿安监局于２０１０ 年８月下发了《关于建设完善煤矿井下安全避险
“六大系统”的通知》，对各系统建设完善时间提出
了明确要求。安全避险“六大系统”是指煤矿井下
监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施 救和通信联络系统，是以人为本、安全发展理念的
重要体现，是全面提升煤矿安全保障能力，建设坚 实的煤矿安全技术保障体系的重要内容。“六大系
统”相辅相成，互为支撑。姚桥煤矿监测监控、人员
定位和通信联络系统已经比较完善和成熟，但是 相对比较独立。如何整合优化资源，解决“信息孤
岛”问题，就显得十分必要。
煤矿井下工业以太网系统是运用现代控制及 自动化技术、现代信息技术、计算机技术，为煤矿
安全发展提供快速可靠的信息网络平台，能为安 全避险“六大系统”的建设完善发挥其独特的作
用。工业以太网系统以高速的千兆工业以太网络
平台为基础，通过对现有的自动化子系统的升级
改造，对目标项目的统一规划，使矿井各系统实现 异构条件下的互联互通与资源共享，统一管理、协
调综合应用，最大程度的避免重复投资及资源浪
费的同时，可有效提高矿井防灾抗灾能力。
２煤矿井下工业以太网系统
煤矿井下工业以太网平台由地面骨干千兆交 换网络、井下千兆防爆工业以太环网、监控、组态