專網(wǎng)通信世界-中國電力通信網(wǎng)訊:一、引言
工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標準)兼容。產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。
Ethernet過去被認為是一種“非確定性”的網(wǎng)絡(luò)，作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，在工業(yè)控制領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用，這是由于：
Ethernet的介質(zhì)訪問控制(MAC)層協(xié)議采用帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)方式，當網(wǎng)絡(luò)負荷較重時，網(wǎng)絡(luò)的確定性不能滿足工業(yè)控制的實時性要求;
Ethernet所用的接插件、集線器、交換機和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求;
在工廠環(huán)境中，Ethernet抗干擾(EMI)性能較差，若用于危險場合，以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性能;
Ether-net不能通過信號線向現(xiàn)場設(shè)備供電問題。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，Ethernet傳輸速率的提高和Ethernet交換技術(shù)的發(fā)展，上述問題在工業(yè)以太網(wǎng)中正在迅速得到解決。
二、Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)
(一)通信確定性與實時性
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(luò)負荷較大時，網(wǎng)絡(luò)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(luò)。
工業(yè)以太網(wǎng)采取了以下措施使得該問題基本得到解決：
采用快速以太網(wǎng)加大網(wǎng)絡(luò)帶寬
Ethernet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)負荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡(luò)碰撞機率大大下降，從而提高其實時性。
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)，避免了由于多個站點共享并競爭信道導(dǎo)致發(fā)生的碰撞，減少了信道帶寬的浪費，同時還可以實現(xiàn)全雙工通信，提高信道的利用率。
降低網(wǎng)絡(luò)負載
工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同，每個結(jié)點傳送的實時數(shù)據(jù)量很少，一般為幾個位或幾個字節(jié)，而且突發(fā)性的大量數(shù)據(jù)傳輸也很少發(fā)生，因此可以通過限制網(wǎng)段站點數(shù)目，降低網(wǎng)絡(luò)流量，進一步提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性。
4.應(yīng)用報文優(yōu)先級技術(shù)
在智能交換機或集線器中，通過設(shè)計報文的優(yōu)先級來提高傳輸?shù)膶崟r性。
