工业以太网主要特点及优势分析
- 2013/5/3 10:12:47 18677
- 来源：上海市仪器仪表行业协会
摘要：导读：据IHS公司旗下的IMSResearch的研究，2011-2016年流程产业的以太网节点有望增长近一倍，流程自动化领域的工业以太网采纳率到2016年将升到96%，在工业网络市场不断挑战现场总线的主导地位。
据IHS公司旗下的IMSResearch的研究，2011-2016年流程产业的以太网节点有望增长近一倍，流程自动化领域的工业以太网采纳率到2016年将升到96%，在工业网络市场不断挑战现场总线的主导地位。流程产业中的工业以太网节点2016年出货量有望达到870万个，比2011年的440万个大增96%。近来年，国家政策大力支持物联网产业的发展，加上制造业智能转型等良好机遇下，相信未来工业以太网将会取代工业现场总线，并将会取得更巨大的应用市场。
工业以太网交换机是在商用以太网交换机(IEC8802.3标准)的基础上研制而成的，适应不同工业控制系统的功能和性能需求，适应各种恶劣环境的高可靠性数据交换设备。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(FastEthernet，符合IEEE802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。
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。
今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
工业以太网的主要特点
工业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到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。
(四)通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。
(五)可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
工业以太网的主要优势
(1)应用广泛。以太网是应用广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如VisualC++、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。
(2)工业级电源和总线供电技术。工业级电源输出功率大，滤波功能完善，抗干扰能力强，电源采用冗余结构，可靠性高；采用总线供电技术减少了网络线缆，降低了安装复杂性和投入资金，以提高了网络和设备的易维护性。
(3)传输速率快。目前，10、100Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线高速率只有12Mb/s(如西门子Profibus-DP)。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
(4)实时性。现行工业以太网采用了全双工通信、交换机技术。另外同步分散实时时钟协议以及高速通道协议等新技术的应用，也使实时性问题得到很好的解决。
(5)资源共享能力强。随着Internet/Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现"控管一体化"
(6)工业适应性更强。工业控制系统在设计时，提高了设备外壳的可靠性；添加了速度更高的网络组态算法；采用智能管理系统对现场设备进行在线监视和诊断、维护管理；并在主干网络采用光纤通信以提高网络的抗干扰能力和可靠性。
(7)网络安全性。采用两级防火墙机制，分别屏蔽外部和内部网络的非法访问。还通过用户密码、数据加密、等多种安全机制加强网络的安全管理。目前市场上也有很多针对工业自动化控制网络安全的成熟软件，如PROFIsafe、CIPSafety等。
(8)本质安全。通过对以太网现场设备采取增安、气密、浇封等防爆措施使设备发生故障时产生的电火能量不会外泄,并尽量采用低功耗的现场设备和交换机来保障系统使用的安全性。
(9)功能扩展性好。目前的工业以太网支持网络的视频传输，人机界面(HMI)以及触摸屏都得到了及时应用。随着科技的进步，工业以太网还将添加更多的应用。
(10)可持续发展潜力大。以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投人，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
据IHS公司旗下的IMSResearch的研究，2011-2016年流程产业的以太网节点有望增长近一倍，流程自动化领域的工业以太网采纳率到2016年将升到96%，在工业网络市场不断挑战现场总线的主导地位。流程产业中的工业以太网节点2016年出货量有望达到870万个，比2011年的440万个大增96%。近来年，国家政策大力支持物联网产业的发展，加上制造业智能转型等良好机遇下，相信未来工业以太网将会取代工业现场总线，并将会取得更巨大的应用市场。
工业以太网交换机是在商用以太网交换机(IEC8802.3标准)的基础上研制而成的，适应不同工业控制系统的功能和性能需求，适应各种恶劣环境的高可靠性数据交换设备。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(FastEthernet，符合IEEE802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。
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。
今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
工业以太网的主要特点
工业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到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。
(四)通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。
(五)可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
工业以太网的主要优势
(1)应用广泛。以太网是应用广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如VisualC++、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。
(2)工业级电源和总线供电技术。工业级电源输出功率大，滤波功能完善，抗干扰能力强，电源采用冗余结构，可靠性高；采用总线供电技术减少了网络线缆，降低了安装复杂性和投入资金，以提高了网络和设备的易维护性。
(3)传输速率快。目前，10、100Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线高速率只有12Mb/s(如西门子Profibus-DP)。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
(4)实时性。现行工业以太网采用了全双工通信、交换机技术。另外同步分散实时时钟协议以及高速通道协议等新技术的应用，也使实时性问题得到很好的解决。
(5)资源共享能力强。随着Internet/Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现"控管一体化"
(6)工业适应性更强。工业控制系统在设计时，提高了设备外壳的可靠性；添加了速度更高的网络组态算法；采用智能管理系统对现场设备进行在线监视和诊断、维护管理；并在主干网络采用光纤通信以提高网络的抗干扰能力和可靠性。
(7)网络安全性。采用两级防火墙机制，分别屏蔽外部和内部网络的非法访问。还通过用户密码、数据加密、等多种安全机制加强网络的安全管理。目前市场上也有很多针对工业自动化控制网络安全的成熟软件，如PROFIsafe、CIPSafety等。
(8)本质安全。通过对以太网现场设备采取增安、气密、浇封等防爆措施使设备发生故障时产生的电火能量不会外泄,并尽量采用低功耗的现场设备和交换机来保障系统使用的安全性。
(9)功能扩展性好。目前的工业以太网支持网络的视频传输，人机界面(HMI)以及触摸屏都得到了及时应用。随着科技的进步，工业以太网还将添加更多的应用。
(10)可持续发展潜力大。以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投人，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
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