工业自动化以太网技术特性探究：现场总线传输介质的比喻
在现代信息技能的三大根基中，传感器技能、通讯技能和计算机技能是不可或缺的要素。随着IT技能飞速发展和工业自动化对网络要求不断提高，工业控制网络承担了越来越重大的任务。与数据信息网络不同，工业控制领域需要一种高速、廉价、高实时性、开阔性好、稳定性高且精确性的网络。以太网(Ethernet)技术支持所有网络协议，因此在数据信息网络中得到了广泛应用，其优势包括高传输速度、低能耗、便于安装兼容性好及支持设备多等。
近年来，以太网技术逐渐进入了工业控制领域，形成了一种新的以太网控制网络技术。这主要是因为工业自动化体系向分散化智能化方向发展，对敞开透明的通讯协议有了更高的需求。
工业控制网络的演进
Industrial Control Network (ICN) 的发展是一个伴随着操控系统革新而不断推进的过程。操控系统经历了基于气动外壳操控系统（Base-Actuated System）、电动单元组合式模仿外壳操控系统（Electro-Pneumatic Hybrid Mimic Panel System）、集成式数字操控系统（Integrated Digital Control System）、分布式操作与监测(Distributed Control and Monitoring, DCM)、现场总线操作与监测(Floor-level Bus-based Operation & Monitoring, FLM)、以及近期兴起的以太网操作与监测(Industrial Ethernet-based Operation & Monitoring, IEO) 等六个阶段。在基地式气动外壳操控系统和电动单元组合式模仿外壳操控系统中，只能对单一回路进行调节，而各个回路之间无法交流信息，每一个回路都是一个独立的小岛，不属于任何类型的联网环境。
工业以太网技术特色
Ethernet 技术具有以下几个显著特点：
全敞开，全数字化：遵循开放标准，使得不同厂商设备能够轻松连接。
高速通信：满足企业日益增长的人才需求。
易于安装和维护：成本较低，易于扩展。
兼容性强：适用于各种不同的设备和软件平台。
工业以太网面临的问题
尽管存在诸多优势，但 Industrial Ethernet 仍然面临一些挑战：
a. 实时性能问题：Industrial Ethernet 使用 CSMA/CD 媒体访问方法，它非实时，可能导致延迟问题。此外，如果出现干扰或故障，都可能影响整个生产流程甚至人身安全。
b. 适应能力不足：原设计为商用环境，不适应恶劣工况下的可靠性要求，如严重干扰或者物理损伤等情况下可能会降低其性能。
c. 应用层协议不匹配：现有的应用层规范并不符合 Industrial Automation 的实时通信需求，因此需要开发出新的规范来解决这一问题。
d. 安全隐患较大：Industrial Ethernet 使用 TCP/IP 协议，这使得它容易受到病毒攻击或者黑客入侵等安全威胁。
解决方案
为了克服以上挑战，可以采取以下措施：
a. 采用交叉互连方式改善拥塞问题，从而提高通信效率并减少冲突发生几率。
b. 提升硬件质量，加强信号隔离和抗干扰能力，以提升整体可靠度和稳定度。
c. 开发专门针对 Industrial Automation 需求的应用层协议，如 PROFINET 或 EtherNet/IP 来满足快速准确地传输关键数据所需的一致性的标准格式规则，以及定义良好的接口定义文件(IDF)，从而提供更加紧密耦合，并实现更快捷有效地数据交换，同时也可以通过这些标准促进跨厂家的协同工作，让各方共享最佳实践，并相互借鉴创新思维，这样就可以加速 Industry 4.x 的建设速度并提高其市场竞争力，为企业带来更多利润空间。而对于那些实施 Industry 4.x 策略计划中的组织来说，将会有助于他们在全球范围内保持领先地位，因为它们将能够利用最先进的人工智能、大数据分析以及物联网(IoT) 技术，为客户提供更加灵活、高效且个性化服务，从而增加产品附加值，最终达到目标，即成为行业领导者。此类策略将极大激励组织投资到人力资源培训上去，以培养必要的人员能力，从而使他们能够充分利用新工具、新流程并成功转型为 Industry 4.x 模型的事例被证明已经成功执行过此类转变，并已获得显著收益。这表明，无论是在哪个行业里，当人们掌握正确的心态，与其他公司合作，他们都能找到路径走向成功。
综上所述，以太网作为一种高速廉价且兼容性的无线局域網技術，在未来工业自動化系統中將發揮重要作用，因為它實現了數據傳輸之間無缝連接，並支持企業級管治一體化。但是，這種技術還需要進一步改進，以滿足工業環境中的實時通信需求，並應對潛在問題如衝突與調制失敗，以及對於應用層規範與安全方面提出更高標準。在這個過程中，我們也將學習到如何通過創新解決方案來增強我們當前的系統架構，使其準備好迎接未來發展趨勢。我們將繼續監測並評估這些變革，並尋找機會將我們自己轉換為一個領導者的組織，這樣我們就能夠在競爭激烈的地球市場中保持優勢。
