现场总线技术应用200例揭秘工业以太网革命如何提升效率与安全
以太网(Ethernet)技术在工业自动化领域的应用，正如现场总线技术应用200例中所展示的那样，它提供了一个全新的网络架构。这种架构不仅具有传输速度快、能耗低、便于安装和维护等优势，而且能够实现工业控制网络与企业信息网络的无缝集成，这为企业级控制系统提供了一种全开放、高效率的通信解决方案。
随着网络技术的不断进步，以太网已经逐渐进入了工业自动化领域，形成了一种新型的以太网控制网络解决方案。这是因为现代工业自动化系统正在向分布式、智能化方向发展，对通讯协议要求更高，以太网作为一种开放、高效率的通信协议，是满足这一需求的一个关键因素。
将以太网技能引入到工业控制领域，其优势十分明显：首先，以太网是一种完全开放、完全数字化的网络，可以方便地实现不同厂商设备之间互联；其次，以太网可以实现对实时性要求较高的问题域（如视频监控）与非实时性问题域（如办公室信息交换）的无缝连接；再者，由于以太网技能现已非常成熟，支撑以太网的一切软硬件都受到厂商高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择；最后，以太-net 的通信速率迅速提升，现在已经有10M/100M高速以 太-net 开始广泛应用，而千兆以 太-net 技能也在快速老练中，其速率远超现场总线，使得数据传输更加迅捷。
然而，在将以 太-net 进入工业操控范畴时，也面临一些挑战，其中包括：首先，是关于实时性的问题，即由于CSMA/CD介质访问方法难以为一条总线上的多个节点保证准确及时响应，这对于需要严格时间同步的大规模生产来说是个巨大的障碍；其次，是适应各种恶劣环境下工作条件以及提高抗干扰能力的问题，因为原始设计是在办公室环境下的，所以需要特别强调抗噪能力和外观设计符合工场标准；第三，是适用于操控过程中的应用层协议，当前信息交换中使用的是公认但不合适操控过程间直接数据传输结构等特点，不合适用作现场设备间即时通讯而需界定统一标准；第四是安全问题，尤其是在易燃易爆或其他风险作业场所，还需考虑安全防护措施。此外还有QOS(Quality of Service)问题，即如何根据不同用户需求及内容来调整优先级来保障服务质量的问题。
尽管存在这些挑战，但随着技术进步，上述问题部分或全部得到缓解。例如，出现了快速交换式Ethernetskilled,它通过全双工通讯方式避免了CSMA/CD可能带来的冲突，并且能够有效地执行优先级机制，从而最大限度地利用带宽并保证最佳实时性能。此外，还有专门针对不同工作环境制造出的抗干扰装置，使之更加符合行业需求。而在应用层协议上，可根据实际需要增减TCP/IP栈，同时还需制定出更符合工业要求的网络标准。至于安全方面，则通过使用加密、防火墙等手段进行保护。但仍然需要深入研究针对Industrial Automation Network Security的问题。此外，与QoS相关的问题也得到了改善，因为随着通信速度提升和协议完善，这些都是未来必经之路。
综上所述，将Ethernet技术引入到Industrial Automation Field中，为这类系统带来了许多好处，如速度快、成本低廉、高可扩展性等。但同样也遇到了诸多挑战，如Realtime Performance Requirement, Environmental Adaptability, Application Layer Protocol Suitability, Physical Safety and Security Concerns. 但是随着技术不断发展，一些这些难题被逐步克服。在未来的某个阶段，我们预计Ethernet Technology会成为主要 Industrial Automation Communication Standard之一，但目前看起来它还无法彻底取代Fieldbuses like Profibus or EtherNet/IP in some applications such as automotive systems or CNC machines due to their harsh operating conditions and high real-time requirements.
因此，我们认为最终 Industrial Ethernet will coexist with other fieldbus technologies rather than replace them entirely. This hybrid approach will allow for the best of both worlds: the flexibility and scalability of Ethernet-based networks combined with the reliability and determinism of traditional fieldbus systems.
