“工业以太网及其应用技术”讲座-第1讲_工业以太网与工.pdf

“工业以太网及其应用技术”讲座冯冬芹。等

“工业以太网及其应用技术"讲座

第1讲工业以太网与工业IT

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(浙江大学工业控制技术国家重点实验室、浙江浙大中控技术有限公司，杭州310027)

使目前的自动化仪表、I)GS和可编程控制器(P)等产
O引言
品所面临的体系结构和功能结构产生重大变革。
近年来，随着计算机、通信、网络等信息技术的发然而，现场总线技术在其发展过程中也存在许多
展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各不足，具体表现为：①现有的现场总线标准过多，仅国
地的市场，因此，需要建立包含从工业现场设备层到控际标准IEC61158就包含了8个类型，未能统一到单一
制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台，建立标准上来；②不同总线之间不能兼容，不能真正实现透
以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。明信息互访，无法实现信息的无缝集成；③由于现场总
工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生线是专用实时通信网络，成本较高；④现场总线的速度
产过程。肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传较低，支持的应用有限，不便于和Intemet信息集成。
输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转与此同时，传统上用于办公室和商业领域的以太
换，因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工网却悄悄地进入了控制领域。近来以太网更是走向前
业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。台，发展迅速，颇引人注目。以太网已经成为目前市场
与此同时，开放性、分散化和低成本也是工业控制上最受欢迎的通信网络之一，它不仅垄断了办公自动
网络另外重要的三大特征。即工业控制网络应该：化领域的网络通信，而且在工业控制领域管理层和控
①具有较好的响应实时性。工业控制网络不仅制层等中上层网络通信中也得到了广泛应用，并有直
要求传输速度快，而且在工业自动化控制中还要求响接向下延伸应用于工业现场设备间通信的趋势，并成
应快，即响应实时性要好，一般为吣一0．1s级；为近年来工业控制网络新的研究热点。
②高可靠性，即能安装在工业控制现场，具有耐
1以太网已成为工业控制网络的发展方向
冲击、耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容
性，在现场设备或网络局部链路出现故障的情况下，能众所周知，自现场总线产生和发展至今。世界各大
在很短的时间内重新建立新的网络链路：公司纷纷投入了大量资金和力量，开发了数百种现场
③力求简洁，以减小软硬件开销，从而减低设备总线，其中开放的现场总线也有二、三十种。虽然广大
成本，同时也可以提高系统的健壮性；仪表和系统开发商以及用户对统一的现场总线呼声很
④开放性要好，即工业控制网络尽量不要采用专高，但由于技术和市场经济利益等方面的冲突。市场上
用网络。的各种现场总线经14年争论也无法达成统一。多标准
在DCS中，工业控制网络是一种数字一模拟混合等于无标准。
系统，控制站与工程师站、操作站之间采用全数字化的另一方面。现场总线在其自身的发展过程中，无一
专用通信网络，而控制系统与现场仪表之间仍然使用例外地沿用了各大公司的专有技术，导致相互之间不
传统的方法，传输可靠性差，成本高。能兼容，同时也无一例外地过多强调了工业控制网络
20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术，的特殊性，从而忽视了其作为一种网络通信技术的一
以全数字通信代替4—20mA电流的模拟传输方式，使般性和共性。因此，尽管迫于市场和用户的压力。这些
得控制系统与现场仪表之间不仅能传输生产过程测量现场总线协议公开了。但其本质上还是“专有的”，其
与控制信息，而且能够传输现场仪表的大量非控制信“开放性”仅是局部的，只是部分技术(主要是协议规
息，使得工业企业的管理控制一体化成为可能，并且促范)的公开，对于广大仪表和系统开发商来讲，开发和

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<自动化仪表>第24卷第4期2003年4月

实现技术还是“专有的”。研究投入。
与此相反，以以太网为代表的COTS(commercialoff诚然，以太网由于采用了CSMA／CD介质访问控制

theshelf)信息网络通信技术却以其协议简单、完全开·机制，各个节点采用BEB(binaryexponentialback-off)算
放、稳定性和可靠性好而获得了全球的技术支持。与法处理冲突，具有排队延迟不确定的缺陷，无法保证确
现场总线相比，以太网具有以下优点：定的排队延迟和通信响应确定性，使之无法在工业控
①应用广泛制中得到有效的使用。
以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，随着IrI1技术的发展，以太网的发展也取得了本质
受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持的飞跃，先后产生了高速以太网(100M)和千兆以太网
Ethemet的应用开发，如Java，VisualC++及VisualBasic产