工业自动化的以太网技术,犹如一条高速公路,连接着各个节点,使其能够高效、准确地交换信息,而无需中央导航。与数据信息网络不同,工业控制领域需要一种速度快、价格低廉、实时性好、开放性强且稳定性的网络。以太网(Ethernet)技术支持几乎所有网络协议,因此在数据信息网络中得到了广泛应用,其优势包括传输速度快、能耗低、安装便捷、高兼容性和良好的开放性,以及对设备数量的支撑。
随着IT技能的飞速发展和工业自动化要求不断提高,工业控制网络承担了越来越重的工作。原先的基地式气动外壳和电动单元组合式模仿外壳只适用于单一回路,而不会形成互联;会集式数字操控体系虽然可以处理多个回路,但软件结构杂乱且难以升级;第二代计算机操控系统DCS实现了“会集办理,涣散操控”,但存在主从关系过于复杂和通讯不透明的问题。
为了克服这些问题,便出现了现场总线技术,它将操控功能下放到现场设备,并形成了一种全数字化、全分散、高互操作性及开放性的通信网络。但现场总线规范繁多,对用户选择造成困扰,而且由于通讯协议差异,大大限制了系统整合能力。
为解决这一问题而诞生的是基于TCP/IP协议的工业以太网技术。这项技术具有全开放、高可靠性的特点,可以实现企业级管控一体化,并通过快速传输速度满足现代企业对于信息需求日益增长的情况。此外,由于其成本较低,有助于降低硬件软硬件成本,同时提供了丰富的软件开发环境和硬件设备供选择。
尽管如此,以太网在进入工控领域时也面临了一些挑战,如实时性问题,即对数据更新时间有严格要求,但CSMA/CD介质访问方式可能导致延迟或丢包;适应性与可靠性问题,因为原始设计并非针对工厂环境,一旦遇到恶劣条件,如干扰等,可靠性能可能下降;以及应用层协议缺乏统一标准,使得现场设备间实时通信受到影响。此外,还有实质安全和网络安全方面的问题,如易燃易爆场所使用带来的风险,以及病毒黑客攻击等威胁。
然而,这些挑战正逐步得到解决。在交流式以太网技能中,全双工通信可以有效避免冲突,从而改善拥塞情况。而随着新型以太网技能不断研发,这些不足正在得到弥补,为更好的应用场景打下基础。