關(guān)于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的研究

摘 要：傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)。隨著這些技術(shù)不斷被應(yīng)用，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)憑借其速度快，緊跟時代的步伐，具有較好的開放性等優(yōu)點(diǎn)深受大家喜愛，這就奠定了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的重要位置，目前很多通信和先進(jìn)的行業(yè)中，我們都可以發(fā)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的影子。文章重點(diǎn)討論工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢，以及對工業(yè)以太網(wǎng)的研究。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)就是將自控系統(tǒng)與設(shè)備之間建立聯(lián)系，讓它們之間可以溝通信息，通過網(wǎng)絡(luò)來對它們進(jìn)行管理，這就給管理帶來很大的便利，這一連接構(gòu)成了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主體。隨著工信行業(yè)的發(fā)展，使整個社會生產(chǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)型，發(fā)展方向是自動控制、智能控制，這樣就可以很好地早辦公室里就可以通過網(wǎng)絡(luò)控制工業(yè)自動化，目前使用的最普遍的就是以太網(wǎng)，現(xiàn)場總線的類型已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需要。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為一種新技術(shù)去適應(yīng)新形勢。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，推動著控制技術(shù)的前進(jìn)，將這個領(lǐng)域推動到另一個新的臺階。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)；以太網(wǎng)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀

以前的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)系統(tǒng)為集散控制系統(tǒng)DCS，已經(jīng)棄用了原始的計算機(jī)集成系統(tǒng)CCS，后來又升級到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，一步一個腳印，到現(xiàn)在以太網(wǎng)步入工業(yè)控制領(lǐng)域，使大量的起源于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。同時，隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展，這個技術(shù)也運(yùn)用在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方面，二者的結(jié)合，使得工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)更加完善化，是其使用更加方便，還節(jié)省了電纜量，使得安裝更加簡便。國外關(guān)于以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)到達(dá)開發(fā)階段，已告別了理論階段。NETsilicon公司使用NET+ARM體系，這個體系能夠生產(chǎn)嵌入式Ethernet/Internet 芯片；能運(yùn)行FTP/HT TP/TCP/ UDP 協(xié)議， 并服務(wù)于傳感器、驅(qū)動器等現(xiàn)場設(shè)備的具有10-Base T 以太網(wǎng)接口嵌入式以太網(wǎng)控制器，由惠普公司應(yīng)用IEEE 1451. 2 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及其特點(diǎn)

2.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，它是用具有數(shù)字通信能力并能大量分散在生產(chǎn)現(xiàn)場的測量控制儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成的。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有很高的公開性，對于通信協(xié)議的要求也很高。它的運(yùn)作主要是把現(xiàn)場的設(shè)備之間的信息可以自由交流，在這樣就更容易完成控制系統(tǒng)的任務(wù)，完成速度更快，與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線就不能很好地完成這個任務(wù)。

2.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)同時具有諸多特點(diǎn)。它具有實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳遞與溝通的互操作性；還具有可以與世界任何地方遵守同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備連接的系統(tǒng)開放性；與此同時，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)還可以與紅外線、電力線、同軸電纜等很多設(shè)備合作，這就使得它可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場環(huán)境；還有一個明顯的特點(diǎn)就是通信實(shí)時性，能提供相對應(yīng)的實(shí)時通信，具有時間管理功能。

3 作為工業(yè)控制的以太網(wǎng)及其優(yōu)勢

3.1 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)通常被認(rèn)為是一種非確定性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于其采用帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA/CD）。將以太網(wǎng)用于工業(yè)領(lǐng)域，目前很多人們關(guān)心的熱點(diǎn)問題。而一個完整的工業(yè)以太網(wǎng)將由管理層、控制層以及設(shè)備層構(gòu)成，各層之間都會有信息交流，而且因?yàn)橹T多實(shí)際因素的影響，使各層之間的應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不一樣。當(dāng)以太網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在的交換式以太網(wǎng)時，很多技術(shù)性問題都得到了解決，比如采用交換機(jī)可以避免線路沖突，因?yàn)榻尤刖W(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)各自占用一條線路；還采用非屏蔽雙絞線，具有很好地抗干擾能力，從而解決很多技術(shù)問題。

3.2 與其他控制網(wǎng)絡(luò)相比以太網(wǎng)具有的優(yōu)勢

以太網(wǎng)不僅可以滿足各個層次的需求，統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，而且可以降低成本。主要在兩個方面，一是以太網(wǎng)通信設(shè)備費(fèi)用低，二是以太網(wǎng)便于操作，因此很多人能熟練操作，減少了培訓(xùn)費(fèi)和相關(guān)設(shè)備維修費(fèi)。與現(xiàn)場總線價格相比，以太網(wǎng)要更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且以太網(wǎng)具備現(xiàn)場總線所沒有的優(yōu)點(diǎn)，以太網(wǎng)可以很好地滿足多種控制環(huán)境的要求，目前越來越多的使用者開始將目光聚集在以太網(wǎng)上，這也預(yù)示著以太網(wǎng)將在控制網(wǎng)絡(luò)方面的占有重要地位。

4 發(fā)展趨勢

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程是分步驟的，從傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到較為先進(jìn)的現(xiàn)場總線，再后來隨著科技文明的進(jìn)步，發(fā)展為現(xiàn)在研究熱點(diǎn)工業(yè)以太網(wǎng)以及到無線網(wǎng)絡(luò)控制。未來工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要從通信的實(shí)時性，安全性和可靠性來努力，想要達(dá)到這個層度也不是很簡單的，實(shí)現(xiàn)多總線路集成，實(shí)時異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)也是將來發(fā)展的一個重要方向。

4.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的方向

現(xiàn)如今企業(yè)的經(jīng)營方式隨著互聯(lián)網(wǎng)和其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，已經(jīng)被改變了很多，它使信息通信環(huán)繞在整個社會生活中，并在很大的范圍內(nèi)得以貫穿，世界上有文明的地方就有工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。在一些領(lǐng)域里，例如辦公自動化領(lǐng)域里，辦公設(shè)備中出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持。除此之外，在制造加工工業(yè)中，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，開放式的、透明的商業(yè)運(yùn)作是新技術(shù)的發(fā)展方向。

4.2 更高的帶寬

更高的帶寬是高性能工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求，要增加帶寬，首先要分散控制數(shù)據(jù)，在將來的幾年里，分散控制系統(tǒng)會產(chǎn)生增加二十到三十倍的制造信息。同樣地，PLC 從場地設(shè)備采集的信息預(yù)計也會增加一二十倍。在自動化控制和通信設(shè)施中，如果總使用新的處理體系和技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)很可能無法承載，離散的網(wǎng)絡(luò)組織也可能產(chǎn)生瓶頸效應(yīng)從而對網(wǎng)絡(luò)變成透明的、覆蓋企業(yè)范圍的應(yīng)用實(shí)體產(chǎn)生阻礙。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是10Mbps，近期研究高速以太網(wǎng)，其速度能達(dá)到百兆甚至千兆，從而能夠成為企業(yè)大范圍內(nèi)的主干網(wǎng)絡(luò)。在這種狀況下，只有以太網(wǎng)能滿足大家的需要，這同時也促進(jìn)了多樣控制網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)。

4.3 開放性的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和大部分產(chǎn)品周期的提高，為了降低生產(chǎn)成本，企業(yè)大都應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備和服務(wù)器式應(yīng)用系統(tǒng)以及無線通信等新技術(shù)。雖然這樣確實(shí)降低了成本，但同時這些新技術(shù)和商業(yè)過程無法避免地生成了很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分配又是一個難題。雖然在執(zhí)行方式上，硬件和軟件不同，但它們在商業(yè)系統(tǒng)中具有相同的本質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，那就是開放式的生產(chǎn)管理體系。這種體系能使企業(yè)脫離單一的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用的運(yùn)作方式。除此之外，開放式的系統(tǒng)使動態(tài)的制造數(shù)據(jù)得以釋放，在整個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，使我們的管理者能能把數(shù)據(jù)自由地分配給廣大使用者，從而提高了企業(yè)的工作效率。

5 結(jié)束語

隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，人們都在思考如何利用這些技術(shù)來很好地發(fā)展其他行業(yè)，也是避免被突飛猛進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展所淘汰。要實(shí)現(xiàn)設(shè)備互相操作的兩大關(guān)鍵技術(shù)是功能塊和設(shè)備描述，根據(jù)程序設(shè)計中的模塊組件技術(shù)和Windows 程序設(shè)計中的設(shè)備無關(guān)技術(shù)，可以在現(xiàn)場總線中應(yīng)用，自動化系統(tǒng)和設(shè)備是發(fā)展的主流。在未來的幾年里，很可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存。因?yàn)楝F(xiàn)場總線技術(shù)的興起，是工業(yè)底層網(wǎng)絡(luò)的一個新的篇章。并促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為企業(yè)贏得更多的利益，所以被廣泛應(yīng)用，而且還促進(jìn)了自動化相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，為我們的生產(chǎn)生活提供了便利，使人類文明更上一層樓。

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