開放的以太網是20多年來發(fā)展最為成功的網絡技術,并導致了一場信息技術的革命。可以預見,正如當年PC機進入工業(yè)自動化領域一樣,采用以太網技術是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。
1.應用現(xiàn)狀
工業(yè)自動化控制系統(tǒng)網絡結構發(fā)展越來越分散化,同時系統(tǒng)越來越復雜,內部連接越來越高速化、緊密化,更多的是系統(tǒng)細分成為獨立控制孤島,對驅動器和用戶接口需求越來越多。而無論如何傳統(tǒng)PLC技術無法滿足該要求,現(xiàn)場總線技術也不能提供相關性能。只有通過網絡技術來解決,而在所有網絡技術中,以太網技術是最理想的選擇。
目前以太網還只適合于工業(yè)控制網絡系統(tǒng)的信息層應用。以太網是Byte級網絡,只能部分代替現(xiàn)場總線作用,而將以太網用于現(xiàn)場I/O級,這是目前工控領域研究的熱點之一。
2.Ethernet的優(yōu)勢
與以往控制網絡相比,以太網應用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢:
(1)更高的通信帶寬。以太網是一種成熟、快速的網絡協(xié)議,數據傳輸速率為10~100Mb/s。新一代以太網傳輸速率更快,可達1Gb/s,能滿足不斷增長的數據通信需要,成為企業(yè)范圍的主干網絡。
(2)實現(xiàn)現(xiàn)場設備層和企業(yè)管理層的無縫連接。以太網早已成為企業(yè)管理網絡的首選,將其應用于現(xiàn)場設備控制網絡,將實現(xiàn)企業(yè)信息網絡和控制網絡的融合,促進整個企業(yè)信息化的集成。
(3)控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面:支持以太網通信的網絡設備較低;熟悉以太網網絡操作的用戶較多,整個系統(tǒng)培訓、維護都較容易。
(4)更高穩(wěn)定性。光纖網絡已成為Internet的主干網絡,光纖所具有的良好抗噪聲干擾性能使得以太網更適合在實時監(jiān)控的高噪聲設備現(xiàn)場環(huán)境。
3.Ethernet在中國的應用
目前國內對工業(yè)控制網絡領域的理論研究主要局限于現(xiàn)場總線網絡,部分學者對建立工業(yè)以太網控制網絡進行了探討,但仍停留在概念上,未能進入實質性研究階段,實際應用還不多。
就目前我國網絡控制實際情況和發(fā)展要求,工業(yè)控制系統(tǒng)將普遍以現(xiàn)場總線和DCS相結合作為控制系統(tǒng)的底層和中層,用于工業(yè)現(xiàn)場;而將以太網用于控制系統(tǒng)的上層,以實現(xiàn)高速率的通信和網絡互連。
4.發(fā)展方向
基于以太網的控制網絡所具有的上述優(yōu)點是目前現(xiàn)場總線技術所無法比擬的。另外,隨著寬帶以太網與交換式以太網技術的發(fā)展,以太網作為控制網絡在控制實時性方面的問題正在逐步得以解決。雖然以太網采用的是帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議(CSMA/CD),一般認為該協(xié)議不能滿足控制系統(tǒng)實時性要求,但100Mb/s以太網已開始廣泛應用,千兆以太網產品也已出現(xiàn);而且以太網交換技術的出現(xiàn),通過全雙工交換技術,可完全避免CSMA/CD中的碰撞;還可方便實現(xiàn)優(yōu)先級機制,實現(xiàn)網絡帶寬的最大利用率和最好實現(xiàn)性能。
所以,未來工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向必然是通過工業(yè)Ethernet網絡實現(xiàn)互連,最后連接到Internet。