工業以太網行業發展形勢 以太網（Ethernet）出現于1975年，1982年成為IEEE802.3標準的第一版本。1990年2月，該標準正式成為ISO/IEC8802.3國際標準。在商用數據通信領域，以太網技術發展成為互聯網的基礎通信技術，導致了一場全球信息技術的革命。以太網的成功之處在于實現了便捷的網絡互連，通過以太網連接的網絡和設備可以是不同類型的網絡、運行不同網絡協議的設備和系統，聯網的設備可以方便地實現互連、互通與互操作。 進入21世紀以來，以太網技術開始應用于工業自動化控制網絡。工業以太網交換機是在商用以太網交換機（IEC8802.3標準）的基礎上研制而成的，適應不同工業控制系統的功能和性能需求，適應各種惡劣環境的高可靠性數據交換設備。 2007年12月，IEC出版了IEC61158現場總線第四版國際標準，包括EPA實時以太網在內的9種類型的工業以太網進入新版標準。它標志著工業以太網技術成為與現場總線技術并列的工業自動化控制系統網絡通信解決方案。由于以太網技術標準開放性好，應用廣泛，使用透明、統一的通訊協議，以太網將成為工業控制領域唯一的統一通信標準。工業以太網為機器與機器之間的
數據通信提供了統一的網絡平臺，是未來物聯網的重要網絡基礎。工業以太網與商業以太網都符合OSI模型，但針對工業控制實時性、高可靠性的要求，工業以太網在鏈路層、網絡層增加了不同的功能模塊，在物理層增加了電磁兼容性設計，解決了通信實時性、網絡安全性、抗強電磁干擾等技術問題。目前工業以太網已逐步應用于電力、交通、冶金、煤炭、石油化工等工業領域中。作為新興產業，全球工業以太網行業目前正處于產業發展的導入期，最近十年的增長速度遠高于互聯網和現場總線的增長速度。 工業以太網將成為工控的“寵兒” 隨著自動化滲入行業的力度越來越大，實時，快速的工業網絡通信也成為了現代化制造的發展必經之路。在多年以前單一的通信，到現在猛然盛行的工控“寵兒”以太網，無疑讓我們見識了到了自動化力量的強大。 以太網現在信息的強大性跟控制的快捷性，能夠實現快速的串聯跟控制，為現代工業制造實現真正意義上的“E網到底”奠定了良好的基礎。工業以太網已經被業內認為是未來控制網絡的最佳解決方案，也是當前現場總線中的主流技術。 關于評價工業以太網架構優劣的參考點，大概來分應該就是以下三點： 一是網絡的確定性和實時性 工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快和信號的確定性，所以工業以太網架構解決方案的重點問題是網絡的確定性和實時性。比如ModicomQuantum以太網IO解決方案，通過支持RSTP(快速樹生成協議)等協議，從而保證了數據的實時傳輸和整體系統的確定性。 二是網絡的可靠性和可維護性 由于工業現場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，在工廠環境中，工業網絡必須具備良好的可靠性、可恢復性及可維護性。例如施耐德電氣推出的帶保護涂層的加固性PLC控制器和工業以太網交換機，特別面向惡劣工業控制環境對設備高可靠性和可維護性的要求。
第三，工業系統的網絡安全 工業以太網可以將企業傳統的三層網絡系統合成一體，使數據的傳輸速率更快，實時性更高，并可與Internet無縫集成，實現數據的共享，提高工廠的運作效率。但同時也引入了一系列的網絡安全問題，如工業網絡可能會受到包括病毒感染、非法操作等網絡安全威脅。一般情況下，可以采用網關或防火墻等對工業網絡與外部網絡進行隔離，還可以通過權限控制、數據加密等多種安全機制加強網絡的安全管理。 工業以太網架構本身的特性決定了它能給客戶帶來更多的收益，以太網的可持續性和可擴展性，為設備未來升級改造提供了極大的便利性;以太網的透明性，可以實現網絡設備的互訪和交換，總而言之，工業以太網作為未來工業控制的主流技術已是大勢所趨。 2015年PROFINET將占中國工業以太網市場28% 2012年4月6日，中國PROFIBUS&PROFINET協會(以下簡稱PI-China)第一屆第三次會員代表大會在北京召開，PI-China理事會及48家會員單位均派代表出席了會議。全體PI-China理事會成員——西門子(中國)有限公司、ABB(中國)有限公司、南京菲尼克斯電氣有限公司、通用電氣智能設備(上海)有限公司和機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所都參加或派代表出席了本次會員大會，其他會員單位包括瑞典HMS工業網絡有限公司北京代表處、蘇州美名軟件有限公司、北京疊文科技有限公司，萬可電子(天津)有限公司，博太科電氣(上海)有限公司、赫優信(上海)自動化系統貿易有限公司、上海自動化儀表股份有限公司、重慶川儀自動化股份有限公司等。值得一提的是，新加入的PI-China用戶會員包括汽車工程學會蔡云生女士、冶金自動化研究設計院王麗娜女士、中國石化工程建設公司林融先生，華北電力設計院工程有限公司馬欣欣女士從用戶角度就PI-China如何更好地提供服務及開展PROFIBUS和PROFINET技術推廣活動等問題與廣大會員進行了積極溝通，在肯定PI-China服務和作用的同時，紛紛表示將充分利用PI-China提供的交流平臺，加強與制造商會員間的相互合作，并積極參與協會的各項活動。 通過PI-China理事會、秘書處及各工作組的匯報發言，體現了PI-China組織由松散到具有凝聚團結集體的發展過程，在發展壯大的同時，不斷地注入新的力量，離不開廣大會員單位的努力和各方力量的支持和幫助。會議還為會員單位提供了一個良好的溝通交流的機會，與會的會員代表紛紛表示繼續積極參與和配合PI-China的各項工作，有信心，有決心發揮社團組織與用戶溝通的橋梁紐帶作用，促進PROFIBUS和PROFINET技術在中國的發展和應用。
工業以太網的優勢及存在問題 (1)優勢 基于TCP/IP的以太網是一種標準開放式的網絡,由其組成的系統兼容性和互操作性好,資源共享能力強,可以很容易的實現將控制現場的數據與信息系統上的資源共享;數據的傳輸距離長、傳輸速率高;易與Internet連接,低成本、易組網,與計算機、服務器的接口十分方便,受到了廣泛的技術支持。 (2)存在問題 工業以太網采用的是帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協議(CSMA/CD),無法保證數據傳輸的實時性要求,是一種非確定性的網絡系統;安全可靠性問題,以太網采用超時重發機制,單點的故障容易擴散,造成整個網絡系統的癱瘓;對工業環境的適應能力問題,目前工業以太網的魯棒性和抗干擾能力等都是值得關注的問題,很難適應環境惡劣的工業現場;本質安全問題,在存在易燃、易爆、有毒等環境的工業現場必須要采用安全防爆技術;總線供電問題。在環境惡劣危險場合,總線供電具有十分重要的意義。 新網絡協議助力工業以太網 傳統的工業以太網解決方案，往往采用主控CPU連接物理層接口芯片，在主控器內編寫以太網通訊協議。 傳統的工業以太網解決方案，往往采用主控CPU連接物理層接口芯片，在主控器內編寫以太網通訊協議。這種方法需要編寫繁瑣的程序并且耗費大量的時間調試，由于網絡協議一般都比較大，寫入軟件后穩定性欠佳，不利于系統的快速開發與穩定運行。而且客戶時常會有新的需求，這種用軟件實現的方式就很難滿足頻繁更新升級的要求。因此，一種方式就是將網絡協議的處理獨立于系統處理器之外，讓應用程序與資料的輸入/輸出分別執行于不同的硬件，來適應多方面的條件。它將網絡協議的處理分成一個由特定處理器執行的控制部分和一個硬件線路部分，這種方式的優點是具有較短的開發周期與較高的彈性，而且能夠增加穩定性與有效降低主CPU負擔，模塊化的設計也便于以后系統的升級。 工業以太網將走向融合時代 網絡技術與工業控制系統的結合將極大地提高控制系統的水平，改變現有控制系統相對封閉的企業信息管理結構。將現場總線、以太網、嵌入式技術和無線通信技術融合到控制網絡中，在保證系統穩定性的同時，又增強了系統的開放性和互操作性，從而有助于企業加快新品開發、降低生產成本、完善信息服務。 無線技術進入工業領域的趨勢是毋庸置疑的，特別是在有線無法使用的場合，無線技術更具優勢。目前各供應商正在提供一系列軟硬件技術，協助在產品中增加通信功能。然而，在增加無線連網功能時，芯片及相關軟件的選擇極具挑戰性。同時，無線技術的可靠性、實時性、兼容性等性能還有待加強。
從“管理、控制、智能”的角度來看，工業自動化包含采集、傳輸、計算等環節，而物聯網是全面感知、可靠傳遞、智慧處理，兩者一脈相承。 從物聯網需要的產業鏈角度看，物聯網所需要的自動控制、信息傳感、射頻識別等屬于其上游技術和產業，而下游則是物聯網的應用問題。有專家認為，“傳統工業自動化領域其實是物聯網的一部分。”工控廠商應成為物聯網真正落地的推手 協議的標準化意味著網絡環境的控制系統具有更好的開放性、互操作性。在控制網絡中，傳統的DCS自成體系；FCS盡管已經達成國際標準，但現場總線種類仍有10多種；工業基礎以太網也出現了多個國際標準協議。 由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展，開放、透明的通訊協議是必然要求。如今，工業以太網進入控制領域，形成了新型的以太網控制網絡技術，現場總線技術與工業以太網技術進一步融合必然是發展方向。因此，通信協議的標準漸近化將是一個漫長過程。 |
