以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域中的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景

林興無

摘要：現(xiàn)階段，我國的經(jīng)濟發(fā)展的十分的迅速，工業(yè)自動化的發(fā)展也越來越完善。工業(yè)革命是自動化技術的助產(chǎn)士，正是由于工業(yè)革命的需要，自動化技術才沖破了卵殼，得到了蓬勃發(fā)展。同時自動化技術也促進了工業(yè)的進步，如今自動化技術已經(jīng)被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，成為提高勞動生產(chǎn)率的主要手段。自動化技術發(fā)展的需求是從單機控制向工廠自動化FA、系統(tǒng)自動化方向發(fā)展，工廠自動化FA要求應用數(shù)字通信技術實現(xiàn)工廠信息縱向的透明通信。

關鍵詞：以太網(wǎng)；工業(yè)自動化領域；應用現(xiàn)狀；發(fā)展前景

引言

隨著信息技術的發(fā)展，自動化技術的發(fā)展也出現(xiàn)了新的改革，逐漸形成了集成網(wǎng)絡的自動化工業(yè)信息系統(tǒng)。以太網(wǎng)具有良好的兼容性、傳輸速度快、易于安裝、低耗能等優(yōu)點，支持CT即IP協(xié)議。除此之外，還可以支持當前流行的其他網(wǎng)絡防議。在信息技術的完善和發(fā)展下，以太網(wǎng)在自動化工業(yè)領域應用中有著更加廣闊的應用前景。

1工業(yè)以太網(wǎng)的特點和優(yōu)勢

1.1以太網(wǎng)的特點

以太網(wǎng)技術最早由Xerox開發(fā)，后經(jīng)數(shù)字設備公司、lntel公司聯(lián)合擴展，于1982年公布了以太網(wǎng)規(guī)范。IEEE802.3就是A以這個技術規(guī)范為基礎制定的。按ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的分層結構，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)技術源于普通以太網(wǎng)技術，為了促進以太網(wǎng)在工業(yè)領域的應用，國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會，工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡聯(lián)盟等組織，目標是在世界范圍內推進工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展、教育和標準化管理，在工業(yè)應用領域的各個層次運用以太網(wǎng)。美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）也正著手制定現(xiàn)場裝置與以太網(wǎng)通信的標準。這些組織還致力于促進以太網(wǎng)迸人工業(yè)自動化的現(xiàn)場級，推動以太網(wǎng)技術在工業(yè)自動化領域和嵌人式系統(tǒng)的應用。工業(yè)以太網(wǎng)技術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。有時甚至把應用層的簡單郵件傳送協(xié)議SMTP、域名服務DNS、文件傳輸協(xié)議FTP、再加上超文本鏈接HTTP、動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布等互聯(lián)網(wǎng)上的應用協(xié)議都與以太網(wǎng)這個名詞捆綁在一起。以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡，實際上TCP/IP技術支持各種局域網(wǎng)絡協(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（點到點協(xié)議）、X2.5數(shù)據(jù)網(wǎng)等。以太網(wǎng)+TCP/IP作為辦公網(wǎng)、商務網(wǎng)在IT行業(yè)中獨霸天下，其技術特點主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)。但為什么近年來會逐步向自動化行業(yè)發(fā)展，形成與現(xiàn)場總線技術競爭的局面。

1.2以太網(wǎng)的優(yōu)勢

以太網(wǎng)具有良好的兼容性、傳輸速度快、易于安裝、低耗能，同時具有可靠穩(wěn)定的運行經(jīng)驗，是一種基于CT即IP協(xié)議的開放式網(wǎng)絡。以太網(wǎng)和1nternet之間的連接是非常的簡單，對企業(yè)的生產(chǎn)和營銷環(huán)節(jié)帶來了較為明顯的變革，尤其是在全球一體化的當今企業(yè)，采用以太網(wǎng)技術實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)的現(xiàn)場監(jiān)控促進了生產(chǎn)效率的增大。保障了工業(yè)自動化企業(yè)發(fā)展的全局戰(zhàn)略，使電子商務的發(fā)展得到了進一步的發(fā)展。以太網(wǎng)在一定程度上避免了現(xiàn)場總線通信協(xié)議通信效率低的弊端，可以實現(xiàn)工業(yè)控制和工作自動化網(wǎng)絡的完美連接。計算機網(wǎng)絡技術與以太網(wǎng)的相互結合，可以實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控工作，在工業(yè)自動化領域的應用越來越廣泛。通過以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域的引入，為未來后續(xù)的控制系統(tǒng)發(fā)展提供了相應的基礎，用戶在進行技術升級的過程中，不必再進行獨自研究投入，這是當前擁有的其他總線技術不可比擬的。隨著現(xiàn)代智能技術和機器人技術的發(fā)展，對通訊網(wǎng)絡性能和帶寬的要求逐漸提高，通信協(xié)議靈活性的要求也提高了，對于這些要求均可以以由以太網(wǎng)滿足。

2以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域中的應用現(xiàn)狀

車間級生產(chǎn)信息集成：主要由專用生產(chǎn)設備、專用測試設備、條碼器、PC機及以太網(wǎng)絡設備組成；主要功能是完成車間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質量信息的管理。管理層信息網(wǎng)絡：即支撐工廠管理層MIS系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡。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、含有計算機廣域網(wǎng)技術、無線通信技術的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SCADA系統(tǒng)等。個別的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡：個別要求高可靠性和一定實時性的分布式控制系統(tǒng)也采用以太網(wǎng)+TCP/IP技術，并獲得很好的效果；如發(fā)電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。（1）采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，可以保證現(xiàn)場總線技術的可持續(xù)發(fā)展。由于以太網(wǎng)的廣泛應用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術投人，保證了以太網(wǎng)技術的不斷發(fā)展。如果工業(yè)控制領域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，將保證技術上的可持續(xù)發(fā)展，并在技術升級方面無需獨自的研究投入。（2）由于以太網(wǎng)是應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡技術，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)的設計有廣泛的硬件產(chǎn)品可供選擇。

3以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域中的發(fā)展前景

由于連接簡單、能擴展現(xiàn)有設備而無任何不利影響、實現(xiàn)辦公室和生產(chǎn)現(xiàn)場等不同區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)、通過Internet或ISDN實現(xiàn)公司范圍的通信等優(yōu)越性，以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域已經(jīng)得到比較廣泛的應用，而且應用深度和廣度還在不斷地擴大。目前的應用主要集中在以控制為中心的結構，要深入到現(xiàn)場設備級還有許多工作要做，諸如：①以太網(wǎng)交換技術需進一步發(fā)展，達到適合現(xiàn)場設備的要求；②高速價廉的以太網(wǎng)基通信芯片的研究開發(fā)；③盡管ISA的MLT委員會正在研究如何將本安的光纖電纜應用到以太網(wǎng)，但本安問題還沒有解決；④真正世界范圍的工業(yè)以太網(wǎng)標準還沒有最終產(chǎn)生。但無論如何，在現(xiàn)場級設備級聯(lián)網(wǎng)中，現(xiàn)場總線有轉向以太網(wǎng)發(fā)展的趨勢。有專家認為，還需2～5年時間，EthernetTCP/IP可能會大規(guī)模地應用到現(xiàn)場總線，約需要5年時間研制出無論價格和性能都適合現(xiàn)場設備需要的以太網(wǎng)連接器。為了促進工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會（industrialethernetassociation），并與美國ARCAdvisoryGroup，AMRresearch研究中心和GartnerGroup等機構合作開展工業(yè)以太網(wǎng)關鍵技術的研究。Ethernet將會十分迅速地進入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡。

結語

總之，我國在以太網(wǎng)應用于工業(yè)領域方面的研究開發(fā)剛剛起步，還有大量的工作要做。諸如以太網(wǎng)在現(xiàn)場設備中的應用研究、基于以太網(wǎng)的智能芯片的開發(fā)等等，上海作為東部經(jīng)濟、文化、教育的中心，信息發(fā)達，科研院所繁多，科技勢力雄厚，而且還有諸如上海自動化儀表股份有限公司、上海威爾泰工業(yè)自動化股份有限公司等企業(yè)，具有豐富的經(jīng)驗，上海有足夠的能力研究以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領域的應用，應該將以太網(wǎng)的工業(yè)應用研究開發(fā)納入戰(zhàn)略規(guī)劃。

參考文獻：

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