现场总线新篇章应用工业以太网激发效率与灵活性的三重好处
以太网在工业自动化领域的应用,不仅提供了快速和高效的数据传输,而且还带来了成本节约、设备兼容性良好的优势。随着工业控制系统对网络功能的不断提升,以太网正逐步成为工业控制网络的重要组成部分,其开放性使得与企业信息网络无缝集成成为可能。
以太网作为一种广泛采用的网络技术,拥有高速率、高效能、便于部署和强大的兼容性。近年来,以太网技能发展迅速,进入了工业自动化领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是因为工业自动化系统向分布式和智能化方向发展,对开放、透明的通信协议提出了更高要求。
引入以太网到工业控制领域,其优点显而易见:1. 以太网是一种全开放,全数字化的网络,可以方便不同厂商设备之间互联;2. 它能够实现工控网络与企业信息网络无缝连接,构建企业级统一管理的一体化全开放网络,如图所示;3. 硬件成本低廉,因为以太网技术已经非常成熟,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择;4. 通讯速度快,适应企业信息系统规划扩大和复杂程度提高所需的大量信息传输需求,而现在已有10M/100M快速以太网开始普及,加上千兆以太网正在成熟以及10G以 太 网 技 术 的 研 究,它们 的 速 率 明 显 高 于 现 在 的 工 场 总 线 ;5. 可持续发展潜力巨大,在瞬息万变的信息时代,企业生存与发展将依赖于一个快速有效的通信管理体系,因此保证了以 太 网 技 能 不 断 向 前 发 展。
然而,以 太 网 进 入 工 控 领 域 也 面 临 一些挑战,其中最主要的是:1. 实时性的问题,以 太 网 采 用 的 CSMA/CD 媒介访问控制方法,对实时性的要求很难满足,这也是它进入工控范畴的一个关键瓶颈;2. 对于 industrial环境习惯性与可靠性:因 为 以 太 网 是 根 据 办 公 环 境 设 计 的 需 求 而 设 计 出 来,所以需要改进其抗干扰能力等符合 industrial现场要求;3 应用层协议适用问题,现在互联网中的应用层协议特征并不适合用于 industrial过程操控范畴中设备间实时通讯;4 实质安全和 network安全问题: 如何在危险作业场所使用 Industrial Ethernet,同时确保其安全性能;5 QOS(Quality of Service)问题: 随着技能进步,在工厂操控底层信号不再仅限于数字或模拟量,而是包含Audio及低分辨率Video信号,要通过不同的内容为不同用户需求进行适度保障实时性的要求。
随着 network技能不断完善,上述挑战也得到解决。例如,近年来出现了快速交换式Ehternet 技能,它采用全双工通信方式,可以避免CSMA/CD中的碰撞,并且可以实现优先级机制,从而最大利用带宽并提供最佳实时功能。此外,还有专门针对不同industrial环境设计出产抗干扰产品,使其更加符合industrial需求。在应用层协议方面,可根据需要增减TCP/IP栈,还需要制定更加符合industrial请求的network 协议。而且,由于IndustrialEthernet必须处理real-time操作的问题,所以选用密封好、耐冲击力的Ehternet设备,以及加强防火墙等措施来保证IndustrialEthernet 安全。此外,与其他network protocol相比,QOS也得到了改善。