以太网在工业自动化领域中的应用现状和发展前景
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：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。
浅谈电气自动化的现状与发展方向
浅谈电气自动化的现状与发展方向作者：王永刚来源：《城市建设理论研究》2013年第29期摘要：在我国电气自动化技术几十年的发展中取得了非常优异的成就，本文以目前电气自动化现状为前提，分析了PLC在工业自动化应用和设计思想，讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想，以及电气自动化未来的发展趋势。
关键词：电气自动化现状；设计理念；发展方向一、工业电气自动化目前状况中图分类号：S972.7+4文献标识码： A（一）、发展开放式平台IEC61131的颁布，OPC(OLE for Process Control)技术的出现，和Microsoft的Windows平台的广泛应用，为了让电气技术的结合，计算机发挥着无法替代的作用。
·1、IEC61131-3标准使得编程接口标准化。
在当今世界上有多达400种PLC产品，200多个PLC生产厂家，不同产品的表达方式和编程语言都不尽相同，IEC61131-3标准化编程接口使用于各控制系统厂商的产品中。
IEC61131-3同时规定·了语义和语法。
这就代表着不可能再出现其他的非标准性编程语言。
IEC61131-3己在国际上形成了规定标准，在各大控制系统厂商都到了广泛的使用。
结构化的编程方式使得程序更易管理，缩短了程序编程的周期，也提高了代码的使用效率。
PLC的基本结构如下图。
2、Windows正成为事实上的工控标准平台。
微软的技术如Windows NT, Windows CE和IE己经成为了工业控制的标准语言、平台和规范。
网络技术和微机己经在企业管理和商业中得到广泛使用。
在电气自动化领域，基于微机的控制系统以其易于集成和灵活性的特点正在被更多的用户所采纳，基于微机的人机界面己经成为主流。
在控制层采用Windoes作为操作系统平台具有便于使用和维护以及和办公平台相互融合的好处。
（二）、现场总线和分布式控制系统的应用现场总线(Profibus、FF、Interbus等)是一种自动化系统和串行的连接智能设备的双向传输、数字式的分支结构的通讯总线，它通过一根串行电缆把在中央控制室内的监视/控制软件和PLC的CPU与位于现场的远程I/O站、工业计算机、智能仪表、变频器、低压断路器、马达启动器等连接起来，中央控制器还可以从现场设备中采集大量的信息。
工业以太网在低压配电自动化中的应用
些接 触 器 的特 点 足在 １０ 以上 框 架 的产 品上 ， 电磁 铁采 用 智 ０Ａ 其 能控 制电磁电路， 即通过 引入微处理器 ， 实现闭环控制， 以达 到
智 能跳 （ ） 。 合 闸
各设备的内部时钟； 具有访 问控制的命令报文。 ⑦
１ 数据 的输入 （ 出 ） 象 ． ２ 输 对
Ａ Ｂ公 司 的中 压 监 控保 护 智 能系 统 ， 已经 嵌入 Ｗｅ Ｂ ｂ技术 ， 管 理 人 员 可 用 笔 记 本 电脑 在 异 地 通 过 Ｉｔ ｔ 配 电 系 统 进 行 ｎｅ 对 ｍｅ
①现场总线是一种用于现场仪表与控制室内的中央控制装
置之 间的 数字 、 串行 、 点通 信 的数 据 总 线 。现 场 控 制 仪 表 与 中 多 央控 制 装 置之 间通 信 介 质 多为 双 绞 线 或 光 缆 。所 有 信 息 均通 过 中央 控 制 装 置集 中监 控 ， 控 制 指令 只 能 从 上 向下传 递 ， 其 即访 问 方 式 只 能 竖 向进 行 ，所 谓 资 源 共 享 也 只 能在 本 系 统 的 中央 控 制
在 通 讯技 术 、 算 机 技 术 、 络 技 术 的推 动 下 ， 计 网 一种 名 为“ 工
业 以太 网 ” 的技 术 出现 了 。什 么 是 工 业 以 太 网？ 是 将 普 通 以太 就 网 移植 到 工 业控 制 系 统 的 网络 。 业 以太 网依 托 Ｔ Ｐ Ｐ 传 输 控 工 Ｃｈ （ 制 协 议／ 际 协 议 ） Ｗｅ 网 和 ｂ技 术 ， 散 子 系统 ， 新 整 合 信 息 点 ， 打 重
电力 建 设
建 材 与 装饰 ２ １ 年 １ ００ Ｏ月
工 业 以太 网在低 压 配 电 自动化 中的应 用
工业以太环网在煤矿信息化中的应用与研究
工业以太环网在煤矿信息化中的应用与研究在新时期下，煤矿开采工作有了新的变化，特别是在安全生产管理方面，提高煤矿开采综合自动化网络平台的建设逐渐成为了煤矿工业发展的重点内容之一。
构建完整的煤矿大型设备实时监测系统，把煤矿安全生产中的各类实时信息进行及时的整合，已经成为了一种发展趋势。
标签：工业以太网；煤矿；自动化网络由于矿山目前存在许多不符合系统发展的问题，需要引起重视并逐步改正，就目前来说，我国许多煤矿资源处于没有进行完善的管理和合理开发阶段。
[1]这是对相应的资源的浪费，也是我们目前能源紧张急需解决的问题之一，对此，需要进行多方面的综合考虑。
我国的矿产资源需要进行科学统一的管理，使现阶段的现存资源得到很好的应用和加工，对现有的所有信息进行资源聚焦于有效整合。
1 工业以太网的基本信息和发展趋势1.1 工业以太网的定义和现状以太网是一门具有较高的技术含量的网络技术，这种技术是近几年才广泛出现在大众生活中的，但是因为互联网技术的支持，这门特殊的技术目前已经是一种在我国具有很高成熟特点的网络技术。
[2]工业以太网有自身的技术特点，同时也对相关的数据进行了合理的规划和利用，比如哦工业以太网主要采目前存在的客观技术对当下非常具有效应的多媒体技术进行探索。
工业以太网主要被用于工业发展，就目前来说，我国许多技术人员在相应的工作中对设备和材质进行了较为严格的检查和选用，在此基础上完成对产品的强度和适用性的鉴定。
工业以太网对工业材料和其他工业工具的实时性的鉴定具有很高的精准性。
1.2 我国以太网在具体的实践应用中存在的问题分析一是存在通信不稳定现象，这种现象间接导致通讯条件的不确定性，在一些偏远地区，这一不稳定现象也导致了以太网的实时性差。
这样Ethernet技术一般采用会对其他的CD进行学习和引用，在此基础上形成自己的科学机制。
但在此过程中，依然存在有通信延迟等现象，这类现存问题带来的不确定和其他技术的缺陷导致以太网在发展壮大的过程中成为工业环境和其他一些实验基地的现场漏洞，这样缺陷忠厚会形成一系列的衍生问题，进一步对实时环境进行破坏。
2024年工业电气自动化的发展现状与趋势分析
2024年工业电气自动化的发展现状与趋势分析引言随着科技的快速发展和全球经济的深度融合，工业电气自动化作为现代工业发展的重要基石，正日益展现出其独特的魅力和无限的潜力。
从技术创新与应用，到行业标准与规范，再到市场需求与驱动，工业电气自动化正处在一个快速发展与变革的时期。
同时，我们也看到了其未来的发展趋势，包括智能化发展、网络化与集成化以及绿色化与可持续发展等。
技术创新与应用技术创新是推动工业电气自动化发展的核心动力。
近年来，随着人工智能、机器学习、大数据等先进技术的广泛应用，工业电气自动化已经实现了从传统控制到智能控制的转变。
这些先进技术的应用不仅提高了生产效率，降低了能耗，同时也使得工业电气自动化系统更加灵活、智能。
在应用领域，工业电气自动化已经渗透到石油、化工、电力、钢铁、制造等多个行业。
例如，在制造业中，通过应用工业电气自动化技术，可以实现生产线的自动化控制、智能调度和优化管理，从而极大地提高了生产效率和产品质量。
行业标准与规范随着工业电气自动化技术的快速发展，行业标准和规范的建设也日益成为重要议题。
通过制定统一的行业标准和规范，不仅可以促进技术的推广和应用，还可以保证工业电气自动化系统的安全、稳定和高效运行。
目前，各国政府和行业协会都在积极推动工业电气自动化的标准化工作。
通过制定严格的标准和规范，可以确保工业电气自动化系统的互通性、兼容性和可维护性，从而推动整个行业的健康发展。
市场需求与驱动市场需求是推动工业电气自动化发展的重要驱动力。
随着全球经济的深度融合和产业升级的加速，工业电气自动化系统的市场需求呈现出爆炸式增长。
特别是在制造业、能源、交通等领域，对于工业电气自动化系统的需求更加迫切。
同时，环保和可持续发展也成为驱动工业电气自动化发展的重要因素。
通过使用工业电气自动化技术，企业可以降低能源消耗、减少排放、提高资源利用效率，从而实现绿色发展。
智能化发展未来，工业电气自动化将更加注重智能化发展。
基于隔爆工业以太环网的综合自动化及信息化系统展望
（） ５ 计算 完 全成本 法 下的 营业利 润 。
完 全成 本 法 计 算 的 营业 利 润＝ 动成 本 法 计 变
（ ） 算 两种成 本法 下 营业利 润 的差额 。 ４计 两种 成 本 法计 算 的 营业 利 润差 额 ＝ 末存 货 期
种必 然选 择 。本文 以旗 山矿 为例 进行 探讨 。
２ 系统 总体 目标
应 用计算 机 网络 和智 能控 制技 术 ，以井 下 工 业 以太 网为 骨干 ．集 成矿 井 现有 的各个 专业 子 系
统， 统一 通信 和控 制协 议 ， 建成 旗 山煤矿 井下 工业
综合 自动化 系统 ， 并实 现 与井上 网络 ， 成较 完 整 构
维普资讯
１２ １
能 源 技 术 与 管 理
２０ ０ ７年第 ３ 期
基于隔爆工业以太环网的综合自动化及信息化系统展望
董 超
（ 州 矿 务 集 团公 司 旗 山煤 矿 ， 苏 徐 州 ２ １ ３ ） 徐 江 ２ １ ２
［ 摘
要 ］ 结合旗 山煤矿 即将 实施 的 工业 以太 网方 案 ，分 析 目前 旗 山煤 矿 工业 控 制 信息 的状
ＯＦ ＢＵＳ、 Ｉ ＬＯＮＷ ＯＲＫ。
旗 山煤 矿现有 的工业控 制 、 监控 、 集控 系统 的
数 据传输 及 信 息采集 ，目前 传输 方式 大部分 为 现
场工 业 总线 方 式 ． 用 Ｒ ２ ２和 Ｒ ４ ５串行 数 据 采 Ｓ３ Ｓ８
（） ３ 为使 各子 系统 的互 联互 通 ， 订通 信控 制 制
（） ２ 建立 矿井 综合 信 息大 型基 础数 据 库 ， 实现 对各 类信 息 的综合 应 用 。 （ ） 口／ 开 放化 、 用 化 和标 准 化 ， 现 ３ 接 协议 通 实 各 类 系统 的接 人 和扩 展 。 （ 下转 第 １ ３页 ） ５
工业通信中的工业以太网与现场总线比较
工业通信中的工业以太网与现场总线比较工业通信是指在工业环境中实现设备之间信息传递和控制的过程。
随着工业自动化的发展，工业通信技术也得到了广泛应用。
其中，工业以太网和现场总线是两种常见的通信技术。
本文将对工业以太网和现场总线进行比较，探讨其各自的特点和适用场景。
一、工业以太网工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，它采用了以太网的物理层和数据链路层协议，同时也引入了一些工业特定的协议。
与普通的以太网相比，工业以太网在实时性、可靠性和稳定性方面进行了优化。
它支持高速通信和大带宽传输，能够满足现代工业环境中对数据传输速度和质量的要求。
工业以太网适用于需要高速通信和大规模连接的场景，如工业自动化、机器人控制和分布式控制系统。
它可以同时传输多个数据流，并支持实时监控和控制。
由于其基于标准的以太网协议，工业以太网具有较好的兼容性和可扩展性，易于集成和维护。
二、现场总线现场总线是另一种常用的工业通信技术，它是一种分布式控制系统中用于实现设备之间数据传输和通信的协议。
现场总线通常采用串行通信方式，将控制系统中的各种设备连接起来，通过总线传输数据和命令。
现场总线具有以下几个特点：首先，它是一种实时性较好的通信技术，能够满足工业自动化对实时监控和控制的需求；其次，现场总线采用分布式的网络结构，可以减少布线的复杂性和成本；第三，现场总线支持多主控制，可以实现多台设备之间的并行操作；最后，现场总线具有较好的抗干扰能力和可靠性，能够适应恶劣的工业环境。
现场总线适用于需要分布式控制和小范围通信的场景，如工业机械、设备监控和传感器网络。
由于现场总线采用串行通信方式，它的传输速率相对较低，适用于不需要大带宽和高速通信的应用。
三、工业以太网与现场总线的比较工业以太网和现场总线在工业通信中都有自己的优势和适用场景。
下面对它们进行比较：1. 传输速率：工业以太网的传输速率相对较高，可以达到百兆甚至千兆级别，而现场总线的传输速率一般在几十到几百kbps之间。
工业互联网的关键技术和应用案例
工业互联网的关键技术和应用案例工业互联网是未来工业发展的重要趋势，具有良好的发展前景和广泛的应用场景。
在实现工业互联网的过程中，关键技术和应用案例是至关重要的。
本文将重点介绍一些工业互联网的关键技术和应用案例，以期读者对工业互联网的发展有更为深入的了解和认识。
一、工业互联网的关键技术1.传感器技术工业互联网需要大量的传感器技术来实现对设备和工艺过程的监测和控制。
传感器技术包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等，通过传感器获取的数据可以用于实时监测和预测工艺过程的变化。
2.数据通信技术工业互联网需要可靠和高效的数据通信技术，以保证设备之间的信息交换。
目前，一些企业采用了工业以太网、Wi-Fi和蓝牙等技术，以解决数据传输的问题。
3.物联网平台技术物联网平台是实现工业互联网的基础，可以通过该平台实现设备间的联通和数据共享。
物联网平台可以帮助企业监测和管理设备、制定决策和优化生产过程。
4.大数据技术大数据技术可以处理海量的数据，包括实时数据和历史数据，在工业互联网实现的过程中，大数据技术可以用于数据分析和处理，帮助企业根据数据预测未来的工艺过程和做出相应的决策。
二、工业互联网的应用案例1.智能制造智能制造是工业互联网的重要应用领域，通过工业互联网可以实现设备之间的联通和数据共享，从而实现智能化的生产流程。
例如，一些工厂采用了智能化生产线和机器人自动化技术，以提高生产效率和降低成本。
2.物流和供应链管理工业互联网可以用于物流和供应链管理，包括物流信息跟踪、物流配送和物流设备管理等方面。
通过物联网平台和大数据技术，企业可以实现对物流过程的实时监测和优化，从而提高物流效率和降低物流成本。
3.智能城市智能城市是另一个重要的工业互联网应用领域，可以利用物联网、大数据和人工智能等技术实现城市的智能化管理。
例如，一些城市采用了智能交通管理系统和智能能源管理系统等技术，以提高城市的交通和能源效率。
4.智能家居智能家居是工业互联网的另一个应用领域，通过智能家居设备之间的联通和数据共享，可以实现家居设备的智能化管理和控制。
2024年现场总线控制系统市场发展现状
现场总线控制系统市场发展现状引言现场总线控制系统作为工业领域中的重要组成部分，发挥着关键作用。
该系统可以用于不同行业的数据采集、监控和控制，提高生产效率和安全性。
本文将对现场总线控制系统市场的发展现状进行分析和总结。
市场概述现场总线控制系统市场近年来呈现快速增长的趋势。
随着工业自动化的推进和技术的不断创新，现场总线控制系统在各行业中得到广泛应用，市场需求日益增加。
同时，全球范围内的工业现代化进程也促使了现场总线控制系统市场的发展。
市场驱动因素1.工业自动化需求增加：随着工业生产规模不断扩大，对自动化控制的需求也越来越大。
现场总线控制系统提供了高效、可靠的数据传输和控制功能，满足了工业自动化的需求。
2.技术创新与升级：现场总线控制系统领域不断涌现出新的技术和解决方案，使系统性能得到提升。
以太网、无线通信等新技术的引入，进一步推动了现场总线控制系统市场的发展。
3.节能减排需求增加：随着能源紧缺和环境问题的不断凸显，各行业对能源的利用和排放的控制提出更高要求。
现场总线控制系统能够对生产过程进行精细化控制，帮助企业实现能源的节约和减排。
市场份额目前，现场总线控制系统市场竞争激烈，涉及的企业众多。
根据市场研究报告，市场份额主要由以下几个企业持有：•Siemens•Schneider Electric•ABB•Honeywell•西门子这些企业凭借其技术实力和市场拓展能力，占据了现场总线控制系统市场的重要地位。
市场挑战尽管现场总线控制系统市场发展迅速，但仍面临着一些挑战：1.安全性问题：现场总线控制系统需要保证数据传输的安全性，避免被恶意攻击。
随着网络安全威胁的不断增加，系统的安全性成为一个重要的挑战。
2.标准化问题：不同厂商的现场总线控制系统存在一定的差异，导致系统的兼容性和互操作性问题。
标准化的制定和推行是一个需要解决的难题。
3.成本压力：现场总线控制系统的成本相对较高，对于一些中小型企业而言，成本压力较大。
工业以太网协议
工业以太网协议简介工业以太网协议是一种用于工业自动化领域的网络协议，它基于以太网技术，并进行了针对工业环境的优化。
相比于传统的以太网协议，工业以太网协议具有更高的稳定性、可靠性和实时性，能够满足工业自动化系统对数据传输的要求。
适用范围工业以太网协议广泛应用于工业自动化领域，包括制造业、能源领域、交通运输等。
它适用于各种工业设备之间的通信，包括传感器、执行器、控制器等。
协议架构工业以太网协议采用分层的架构，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
物理层物理层负责定义电气和机械特性，包括传输介质、接口和连接器等。
常用的传输介质包括双绞线、光纤和无线电波。
数据链路层数据链路层负责将数据分割为帧，并进行差错校验和流量控制等功能。
它定义了数据帧的格式和传输方式，确保数据的可靠传输。
网络层网络层负责数据的路由和转发，保证数据能够准确地传送到目标设备。
它使用IP地址和子网掩码进行设备的寻址和标识。
应用层应用层是工业以太网协议的最上层，负责定义应用数据的格式和交互方式。
常见的应用层协议包括MODBUS、Profibus和EtherNet/IP等。
工业以太网协议的特点相比于传统的以太网协议，工业以太网协议具有以下特点：实时性工业自动化系统对数据传输的实时性要求较高，工业以太网协议通过优化协议栈和网络设备，提供了较低的延迟和较高的带宽，满足了实时性的需求。
可靠性工业环境中存在噪声、干扰和抖动等因素，工业以太网协议通过采用冗余机制和差错校验等技术，提高了数据传输的可靠性。
网络管理工业以太网协议支持网络管理功能，包括设备的配置、监控和故障诊断等。
管理员可以通过网络管理系统对工业以太网进行集中管理和控制。
扩展性工业以太网协议支持灵活的拓扑结构，可以适应不同规模和复杂度的工业自动化系统。
它可以通过增加网络设备和调整网络配置来满足系统的扩展需求。
应用案例工业以太网协议在实际应用中具有广泛的应用，下面以一个典型的应用案例进行介绍。
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以太网在工业自动化领域中的应用现状和发展前景TheCurrentStatusofApplicationandDevelopingProspectofEthernetinProcessAutomationArea
周晓兵 费敏锐(上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072)
关键词:以太网 现场总线 工业自动化 应用 现状 展望Key words:Ethernet Fieldbus Processautomation Appli2cation Currentstatus Prospect摘 要 由于以太网无可争议的优势,将以太网应用于工业自动化领域正成为人们关注的热点。介绍了企业信息化系统的分层结构,分析了以太网用于工业领域要解决的一些问题,展示了以太网工业应用现状,并展望其发展前景。Abstract SinceEthernetpossessindisputableadvantagesitsapplica2tioninprocessautomationareahasbeenfocusedbymoreandmoreprople.Thehierarchicalstructureoftheinformationsystemofenter2prisesisintroduced.SomeproblemstobeslovedforadoptingEthernetinlndustrialareaareanalyzed.ThecurrentstatusoftheapplicationofEthernetinindustryisillustratedandthedecelopingtrendisprospect2ed.1 企业信息系统随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换沟通的领域正在覆盖工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次,覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。适应信息技术的发展,自动化系统结构正发生着巨大变化,逐步形成了以网络集成自动化为基础的企业信息系统。企业信息系统是分层式的网络结构,从生产现场的底层开始,可分为现场控制层、过程监控层、生产管理层和市场经营管理层。生产经营管理层是跨越工厂或企业的局部区域,融合外界商业经营网点、原材料和部件供应链以及生产基地的信息。Internet作为国际互联网,已成为世界上最大的分布式计算机网络的集合,成为当代信息社会高速公路和重要的基础设施,到2000年,Internet网上用户已超过10亿。Internet最大的特点是信息的高速传输和共享,如文件传送、电子邮件、远程登录等。Internet通过TCP/IP协议为基础建立起来的传输机制得到了长足的发展和广泛应用。近年来,电子商务(e2comn2erce)的兴起,企业的市场经营管理越来越依靠Internet,通过Internet企业可以了解市场动态,以最快的速度、最低的消耗指挥企业的生产管理。企业的生产管理层完成生产调度、计划、财务、人事等管理功能,是企业局域网的上层,一般由关系数据库收集整理这些来自各部门的信息并综合处理。目前,多由以太网段组成。过程监控层接收现场一线的信息,进行高等控制与优化计算、显示等,它目前也经常用速度较快的以太网段组成。它与市场管理层构成了企业决策、计划、调度、科研设计、信息交换的完整功能的管理系统。现场控制层是企业网络中的最低层,担负生产运行一线测量控制的特殊任务,构成一个特殊的称为Infranet层。由于现场总线技术的出现和应用,Infranet成为现场总线、控制网络的代名词。生产经营管理、过程监控和现场控制各层构成了企业局域网,企业局域网一般都大量采用Internet技术,并提供与In2ternet互联。它具有安全性好,易于配置管理、内部信息管理,它实际是因特网、局域网LAN等技术的集成物,常称为In2tranet。Infranet可以作为Intranet的底层网络,也可以和Internet形成特殊的控制系统。
2 以太网2.1 以太网与80213标准[10]以太网起源于1个实验网,其设计用来支持XeroxPalo
Alto研究中心的“Alto”个人计算机间以3Mbps速率互联。1980年Xerox,Dec和Intel公司共同起草了一份10Mbps的以太网标准。1985年以太网协议首次成为正式的IEEE标准,以后又产生了大量的修订版和增补版,全都在IEEE80213或ISO/IEC
8802-3号码系列之下发布。80213标准包括物理层和MAC(介质访问控制)子层协议。它描述了运行在各种介质上的从
1Mbps到10Mbps的1-持续CSMA/CD系统的整个家族。1985年80213定义的以太网传输介质主要有10BASE5(粗
缆)、10BASE2(细缆)、10BASE-T(双绞线电缆)、10BASE-F(光纤)。应用最多的是10BASE-T,在10BASE-T方式中,所有的站点都利用双绞线通过一个集线器(hub)连接,易于维护。站点距集线器的最大有效长度为100m,采用高质量的5类双绞线,最大长度可达150m。80213定义了信息帧格式,信息采用曼彻斯特编码,以基带方式传输。80213标准公布以后,以太网取得了极大的成功。以太网凭借其超过80%的市场份额,在世界范围内的局域网市场上处于领先地位。2.2 快速以太网
1
以太网在工业自动化领域中的应用现状和发展前景 周晓兵,等1995年,快速以太网100BASE-X的标准IEEE80213u公布。它是对原有80213标准的追加,主要是适应于双绞线电缆的传统以太网标准10BASE-T为基础建立的,传递速率由10Mbps提高到100Mbps。它取消了同轴电缆的技术规范。100BASE-X使用的电缆有3类双绞线、5类双绞线和光纤。所有的快速以太网均使用集线器,有两种类型的集线器,即共享式集线器、交换式集线器。共享式集线器的方式同早期80213中的集线器,站点多时冲突会增加。交换式集线器的每一个端口是一个独立的冲突域,不会发生冲突。因此100Mbps网络一般采用交换式集线器。2.3 千兆位以太网千兆位以太网建立在10BASE-T和快速交换以太网原理的基础上,并采用以太网的帧格式。速度达到1000Mbps。1000BASE-T的标准是80213ab,可以在5类双绞线上获得1000Mbps的速度,使用Trellis/Viterbi的编码解码方式。1000BASE-X的标准是80213z,制定了在TW-型铜线、光纤介质上的标准。采用8B/10B编码解码方式。还有其它一些标准正在或已经制定,不一一介绍,总之,以太网处于飞速发展之中,万兆位以太网的研究已经开始。3 以太网用于工业自动化的优势及缺陷3.1 以太网的优势将以太网用于工业领域主要有以下几个方面的优势:①以太网是当今最流行应用最广泛的通信网络,具有价格低、多种传输介质可选、高速度、易于组网应用等优点,而且其运行经验最为丰富,拥有大量安装维护人员。②易与Internet连接。过去十几年中Internet的兴起和Windows、Unix等操作系统逐渐处于主导地位,象TCP/IP以及其它一些定义明确的传输协议得到广泛应用。电子商务的出现使企业生产管理营销的观念发生着巨大变化。能够走出办公室,在任何城市、任何地方利用电话线通过Internet对企业生产进行监视控制,无疑是现代企业提高生产率、增强竞争力的有效手段。为获取这样的手段,将以太网应用到工业领域应该是最方便最有效的解决方案。③以太网可以克服现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊端。以以太网作为现场总线,特别是高速现场总线框架的主体,可以避免现场总线技术游离于计算机网络技术的发展之外,使现场总线技术与计算机网络技术很好地融合而形成相互促进的局面。④以太网是统一现场总线、特别是高速现场总线标准的希望。正在发展完善中的现场总线技术是为了适应工业控制系统向分散化、智能化、网络化方向发展而于20世纪80年代出现的崭新技术,它是低带宽的底层控制网络,导致了传统工业控制系统结构的变革,形成了新型的网络集成化分布式控制系统—现场总线控制系统。现场总线是开放统一的通信网络,打破了不同厂商通信标准不一的状况。从1984年美国仪表协会(ISA)下属的ISA/SP50开始制定标准以来,已经出现了LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等总线标准40多个。为此,国际电工委员会(IEC)历时12年于2000年1月4日公布通过的IEC61158现场总线标准,容纳了8种互不兼容的协议,多种现场总线标准共存成为事实。过多的标准给用户造成了巨大的不便,而且各厂家为了自己的利益采用某种有利于己的标准生产,市场上并没有哪个总线标准处于主导地位。以太网是世界范围内的网络标准,将以太网应用到现场设备的努力一直进行着,通过以太网形成真正统一的标准也成为广大用户的希望。3.2 以太网的缺陷由于以太网毕竟是按照局域网的要求设计的,并不完全符合工业环境的要求,将以太网、尤其是早期版本的以太网用于工业领域还存在明显的缺陷[3],主要表现在以下方面:
①以太网标准仅仅定义了OSI参考模型的物理层和数据链路层。在物理层定义了电缆类型、连接器和信号电平;数据链路层定义了帧格式、差错控制方式以及信道分配方法等。因此以太网并不能完成OSI模型第三层以上的功能。即使加上TCP/IP协议也只是在以太网上面提供了网络层和传输层的功能,仍缺少每个网络都必须具备的应用层协议。因此,以太网(或者加上TCP/IP)不是完整的网络协议。应用广泛的文件传输协议、单邮件传输协议、高级文件传输协议(HTTP)等Internet协议可以与TCP/IP和以太网构成完整的协议,但Internet协议提供的功能不能满足工业自动化的需要,不适合诸如压力变送器和PLC混合应用的场合。②以太网的信道分配方式采用1-持续的CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听和多路访问)协议。因此它是不确定的,
不适合实时性要求较高场合的应用;它没有优先级,电缆长度太短,当速度增加时,效率会降低;在重载荷时,冲突成为不可避免的问题,会严重影响吞吐量。③以太网不提供电源,因此必须要有额外的供电电缆。④以太网不是本质安全系统。⑤以太网是为办公室应用设计的,不适应恶劣的工业环境。几乎没有几种集线器或电缆能通过工业环境现场测试。
4 以太网在工业自动化领域的发展状况4.1 概况近年来,将以太网应用到工业自动化领域的研究再次兴起,主要是以太网技术的发展使得阻碍以太网在工业环境中应用的难题逐步得到解决。主要表现在以下方面:
80213标准已相继把以太网速度从原始的10Mbps提高到100Mbps以至到今天的1000Mbps,而且以太网也越来越和交换技术相结合,足够的带宽和交换式集线器的应用解决了以太网的不确定问题,使以太网有能力满足实时系统的要求。以太网电缆从难于应用的昂贵的10BASE-5发展到细缆10BASE-2和现在常用的双绞线10BASE-T以及光纤。抗干扰能力强的双绞线和光纤的应用提高了以太网运行于工厂环境的能力。随着以太网的实时性、稳定性和抗干扰性问题的逐步解决,许多大的厂商投身到工业以太网的开发研制浪潮中。但产品基本处于I/O集中器的水平,实现了I/O通信控制器、PC-BASED控制器、PLC之间以及工作站之间的互连。将以太网应用到现场总线的水平还有许多问题要解决,许多厂商仍致力于不断的探索之中。