工控自动化以太网技术特性之巅峰超越传统can总线通信的神秘领域
工业操控网络技术革新：以太网时代的到来与挑战
工业操控网络的发展历程
从传感器技能、通讯技能和计算机技能的结合，到工业自动化对信息技术要求的不断提升，工业控制网络承担着越来越重大的任务。与数据通信网络不同，工业控制领域需要一种高速、廉价、高实时性、开放性好、稳定性高和精确性的网络。以太网（Ethernet）技术支持几乎所有的网络协议，因此在数据通信网络中得到了广泛应用，其优势包括高速传输速度、高效能耗低、便于安装兼容性好以及开放性高等。随着网络技术的进步和工业自动化对网络功能要求提高，以太网正逐渐进入了工业控制领域，为形成新的以太网控制网络技术奠定了基础。
工业以太网技术特点
2.1 技术优势
(1) 以太网是一种全开放，全数字化的网络，它遵循标准化协议，使得不同厂商设备能够轻松互联。
(2) 以太网实现了无缝连接Industrial Control Network（ICN）与Corporate Information Network（CIN），构建起企业级管控一体化全开放型联网，如图所示。
(3) 软硬件成本低廉，因为以太网已经非常成熟，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。
(4) 通信速率高，可以满足企业信息系统规模扩大和复杂程度增加后，对信息量需求增大的情况，有时甚至需要传输音频视频数据，现在快速以太网10M/100M正在广泛应用，而千兆以 太 网 技 术 也 正 在 研 究 中，10G 以 太 网 技 术 已经开始研讨，其速率远超现场总线。
工业以太 网 技 术 的 挑 战 与 解 决 方 案
3.1 实时性能问题
在 Industrial Control System 中，“实时”意味着系统对某个事件响应时间可测度，即当一个事件发生后，系统必须在预先可知范围内做出反应。但是，由于对数据传递实时性的严格要求，在数十毫秒内更新数据。而同样因为采用CSMA/CD介质访问方法，其本质上是非实时，一条总线上的多个节点平等竞争总线，当发生冲突就需重发数据，最多尝试16次之多，这种解决冲突机制付出的是时间作为代价。一旦出现掉线，即使只有一两秒钟，也有可能造成整个生产停止乃至人身安全事故。这也就是为什么说即使是最优秀的人工智能模型也无法替代人类直觉判断的问题。在现有的工作条件下，无论如何都很难满足 Industrial Control Field 对“实时”的要求；这也是 Ethernet 技术进入 Industrial Control Field 的挑战之一。
3.2 适应能力与可靠性：
Ethernet 在设计之初并不是针对 Industrial Environment 而设计，所以当它被应用到恶劣工况中的 Industrial 现场，它面临严峻的事故干扰等，这些都会导致其可靠性降低。而在实际操作中，我们需要考虑一个更好的恢复能力，更强健的一致性，以及更简单易维护的一套体系——保证任何组件发生错误不会导致整个应用程序或操作体系乃至整个 Networking 系统崩溃。
3.3 应用层协议：
当前我们使用到的 Application Layer 协议及界说的 Data Structure 等特征并不适合用于Industrial Process Control 环境中的现场设备之间进行即刻通讯，因此，还要界说一致规范。
4 结语：
随着信息技术日益发展，对于 Industrial Automation 需求更加迫切，以 Ethernet 为代表的大型交换式 LANs 不仅可以提供必要的手段来实现这些目标，而且为未来的 Development 提供了一定的可能性，同时解决了许多过去存在的问题，并且还为未来提出了新的可能性。
