社会应用中工业以太网的优点及常见现场总线技术介绍

在这个信息化的时代,网络技术的发展对社会产生了深远的影响。以太网(Ethernet)作为一种广泛使用的网络协议,它不仅支持数据传输,还具备高速度、低能耗、便于安装、兼容性强和开放性高等多方面优势。随着工业自动化系统向分布式和智能化方向发展,对通信协议的需求也日益增长,以太网正逐渐融入工业控制领域,形成了新的以太网控制网络技术。

这种技术在社会中具有显著优势:首先,以太网是完全开放、高度数字化的网络,可以方便不同厂商设备之间互联;其次,以太网能够实现工业控制网络与企业信息网络无缝连接,构建起企业级统一管理的一体化全开放网络,如图2所示;再者,由于以太网技术成熟,其软硬件成本相对较低,且有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择;此外,以太网通信速率高,可以满足快速扩展和复杂业务处理需求,现在已经开始应用10M/100M高速以太网,并且千兆以太网技能正在成熟之中,而10G以太网则正在研究阶段,其速率远超现场总线。

尽管如此,以太网进入工业控制领域还存在一些挑战:实时性问题是其中一个重要议题,因为CSMA/CD介质访问方法难以为一条总线上的多个节点提供确保实时性的保证。此外,以太網設計為辦公環境,因此需要改良抗干扰能力等特点才能适应工業環境要求。最后,对應工業自動化應用層協議,以及實質安全與網絡安全問題仍需進一步解決。

然而,這些問題已經或部分得到克服。在快速交换式以 太網技術出現後,它采用全双工通讯方式可以避免CSMA/CD中的冲突,并且可以实现优先级机制,从而提高带宽利用率并满足更好的实时功能。此外,有专门设计用于抗干扰以及符合工業環境要求的設備。而對於應用層協議,也允許根據需要增減TCP/IP協議栈,並制定更加符合工業要求的協議。此外,在實質安全上,有專門設計用于處理這種情況的地面線材,用戶暗碼、數據加密及防火牆等措施來增強網絡安全管理。但對於Industrial Automation Network 的安全還需進一步研究。而隨著網絡速度提升與協議完善,QoS 也是被解决的问题。

總之,由于集成电路、工业以 太 网 和嵌入式 Internet 技术研发不断深入,我们将会迎来基于 以 太 网 的 工业 控制 网络时代,这将成为最具 开放性的 工业 控制 网络体系结构。这对于传统产业来说是一个革命,将为我们带来新篇章。但同时,也要认识到,在某些极端条件下,如汽车操控系统或数控机床等,因其作业条件恶劣以及对实时性与可靠性的极高要求,这些场合可能并不适合直接使用工业 以 太 网。不过,从当前趋势看,没有疑问的是,即使未来可能出现混合式操作系统,但至少目前看来,现场总线仍然会持续存在并发挥作用。

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