關(guān)于以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

　　摘要：本文對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷程以及包含的內(nèi)容進(jìn)行了介紹，分析了工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線的融合進(jìn)行了分析，并總結(jié)了工業(yè)以太網(wǎng)當(dāng)前的應(yīng)用場(chǎng)合。
　　關(guān)鍵詞：以太網(wǎng) 工業(yè)自動(dòng)化 應(yīng)用
　　中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　工業(yè)革命是自動(dòng)化技術(shù)的助產(chǎn)士，正是由于工業(yè)革命的需要，自動(dòng)化技術(shù)才沖破了卵殼，得到了蓬勃發(fā)展。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，如今自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、建筑、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)等領(lǐng)域，成為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的需求是從單機(jī)控制向工廠自動(dòng)化FA、系統(tǒng)自動(dòng)化方向發(fā)展，工廠自動(dòng)化FA要求應(yīng)用數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠信息縱向的透明通信。
　　
　　1 工業(yè)以太網(wǎng)
　　以太網(wǎng)技術(shù)最早由Xerox開發(fā)，后經(jīng)數(shù)字設(shè)備公司、lntel公司聯(lián)合擴(kuò)展，于1982年公布了以太網(wǎng)規(guī)范。IEEE802.3就是以這個(gè)技術(shù)規(guī)范為基礎(chǔ)制定的。按ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的分層結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)規(guī)范只包括通信模型中的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)源于普通以太網(wǎng)技術(shù)，為了促進(jìn)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)，工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟等組織，目標(biāo)是在世界范圍內(nèi)推進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、教育和標(biāo)準(zhǔn)化管理，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的各個(gè)層次運(yùn)用以太網(wǎng)。美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE)也正著手制定現(xiàn)場(chǎng)裝置與以太網(wǎng)通信的標(biāo)準(zhǔn)。這些組織還致力于促進(jìn)以太網(wǎng)迸人工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和嵌人式系統(tǒng)的應(yīng)用。
　　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)不僅包含了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)規(guī)范，而且包含TCP/IP協(xié)議組，即包含網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議lP、傳輸層的傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP等。有時(shí)甚至把應(yīng)用層的簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議SMTP、域名服務(wù)DNS、文件傳輸協(xié)議FTP、再加上超文本鏈接HTTP、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布等互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用協(xié)議都與以太網(wǎng)這個(gè)名詞捆綁在一起。以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上TCP/IP技術(shù)支持各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：令牌總線、令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）、SLIP（串行線路IP）、PPP（點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）、X2.5數(shù)據(jù)網(wǎng)等。以太網(wǎng)+TCP/IP作為辦公網(wǎng)、商務(wù)網(wǎng)在IT行業(yè)中獨(dú)霸天下，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)。但為什么近年來會(huì)逐步向自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展，形成與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的局面。
　　
　　2 工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線
　　工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)將車間設(shè)備層稱為“現(xiàn)場(chǎng)（Field）”，一條通信電纜連接若干設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)稱“總線(Bus)”，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，為車間底層設(shè)備信息及生產(chǎn)過程信息集成提供了技術(shù)平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的融合，在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議中，為提高傳輸效率，一般只定義七層協(xié)議中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。為與以太網(wǎng)融合，通常在數(shù)據(jù)包前加入IP地址，并通過TCP來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。如今的控制網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)己經(jīng)成為企業(yè)層和控制層的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)中，直接采用以太網(wǎng)作為控制網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)只是工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)方面，現(xiàn)有的許多現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)提出了與以太網(wǎng)結(jié)合，用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的高速網(wǎng)段，使控制網(wǎng)絡(luò)與Internet融為一體的解決方案。
　　 工業(yè)以太網(wǎng)可用的傳輸介質(zhì)有TP（Twisted Pair，屏蔽雙絞線）、ITP（Industrial Twisted Pair，工業(yè)屏蔽雙絞線）、同軸電纜和光纖等。標(biāo)準(zhǔn)RJ-45和Sub-D接頭均可以用于連接。一個(gè)DTE（Data Terminal Equipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）直接連接到網(wǎng)絡(luò)元件端口，而該設(shè)備負(fù)責(zé)將信號(hào)放大和轉(zhuǎn)發(fā)。在SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)中，這些網(wǎng)絡(luò)連接元件有OLM （Optical Link Module，光學(xué)鏈接模板）、ELM （Electric Link Module，電氣鏈接模板）、OSM（Optical Switch Module，光學(xué)交換機(jī)模板）、和ESM（Electric Switch Module，電氣交換機(jī)模板）。DTE與連接元件之間通過TP或ITP電纜連接，最遠(yuǎn)距離可達(dá)到100M。
　　工業(yè)以太網(wǎng)能夠很好解決實(shí)時(shí)性的問題，PROFINET是由PROFIBUS國(guó)際組織推出的新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一套完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。同時(shí)，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。
　　
　　3 以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀
　　車間級(jí)生產(chǎn)信息集成：主要由專用生產(chǎn)設(shè)備、專用測(cè)試設(shè)備、條碼器、PC機(jī)及以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成；主要功能是完成車間級(jí)生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。管理層信息網(wǎng)絡(luò)：即支撐工廠管理層MIS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。主要完成如ERP的信息系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)：特別是一些區(qū)域廣泛、含有計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)的SCADA系統(tǒng)，如城市供水或污水管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)、水利水文信息監(jiān)測(cè)SCADA系統(tǒng)等。個(gè)別的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：個(gè)別要求高可靠性和一定實(shí)時(shí)性的分布式控制系統(tǒng)也采用以太網(wǎng)+TCP/IP技術(shù)，并獲得很好的效果；如發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
　?。?）采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線，可以保證現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。由于以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術(shù)投人，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展。如果工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線，將保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展，并在技術(shù)升級(jí)方面無需獨(dú)自的研究投入。
　　（2）由于以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它也受到硬件開發(fā)商的高度重視，這使得以太網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有廣泛的硬件產(chǎn)品可供選擇。
　　
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　工業(yè)以太網(wǎng)與其它控制網(wǎng)絡(luò)比較的優(yōu)勢(shì)：工業(yè)以太網(wǎng)可以滿足控制系統(tǒng)各個(gè)層次的要求，使企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)得以統(tǒng)一；設(shè)備成本下降；用戶擁有成本下降；以太網(wǎng)易與Internet集成。由于諸多的優(yōu)勢(shì)，工業(yè)以太網(wǎng)在將來一定會(huì)廣泛應(yīng)用。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 魏亞軍.工業(yè)以太網(wǎng)在冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管