工业以太网的特点及发展趋势

工业以太网已逐渐发展成为全球工业控制自动化的标准通信技术，具有效率更高、功能更多、适应性更强等优点，使企业数据通信采用统一的方式。下面我们就来详细了解一下工业以太网的特点和发展趋势。

工业以太网的特点及发展趋势

目前，工业以太网最主要的用途是在管理层和控制层。并且通过特殊的实时以太网技术，在运动控制应用中，可以满足响应时间小于1ms的应用要求。例如CIPsync、ProfiNetIRT、ETHERNETPowerlink都实现了这样的应用，所以实时性问题算是解决了。安全问题的情况也类似，基本问题是基于以太网传输的安全协议是否合适，例如基于Profinet的Profisafe，基于EtherNet/IP的CIPSafety都即将投入实际使用。

1、工业以太网网络的防爆保护

工业以太网已广泛应用于工业自动化，而在过程控制领域，急需解决的问题是防爆。已经有支持 Ex-Zone2 的交换机。然而，实现 Ex-Zone1 的要求是让以太网深入现场层的关键。昂贵的机柜不再受用户青睐。

用户需要的是所谓的本质安全开关。在保证以太网高速的同时，固有的安全特性是该技术面临的挑战。或许，第一个通过双绞线连接的本质安全开关问世还需要一些时间。然而，一旦这项技术得以实现，工业以太网将在过程自动化中发挥更加关键的作用。

2. 未来网络拓扑

在总线系统中，用户习惯于以菊花链方式连接现场设备。因此，自动化制造商现在生产与菊花链兼容的以太网设备，或者换句话说，在现场设备上安装 2 个交换机端口。然而，与使用独立的工业以太网交换机相比，随着设备数量的增加，交换成本也会增加。另一个缺点是菊花链式交换机的吞吐量和带宽在流量激增时可能会受到限制，因为所有用户都必须通过公用电缆进行通信。环形连接的重要优点在于，一方面降低了布线成本，另一方面可以提高链路的可靠性。例如，当一个地方不能正常工作时，不影响通信。所以，

3.让交换机学习自动化语言

大型自动化制造商使用他们自己的基于以太网的应用协议，类似于 EtherNet/IP、Profinet 或 Modbus/TCP。这些协议都支持标准的TCP/IP，因此标准的工业以太网交换机也可以用于此类应用。SNMP 协议已广泛用于商业环境中的交换机配置和诊断。但是，自动化中使用的配置工具不支持SNMP 协议，因此很难配置合适的交换机。于是Hirschmann开始让开关学习自动化的语言，将来可以使用PLC、驱动设备或I/O来配置开关。对用户最大的好处是可以使用熟悉的自动化工具配置网络，并且可以轻松创建完整的物料清单。

4. 安全成长的重要性

由于工业以太网可以实现从管理层到现场层的一致数据传输，用户只需掌握一种网络技术，同时也提高了工作效率。

但是，由于网络整体透明，统一的网络结构也存在一定的风险。例如：生产线上机器人的IP地址可以被任何工作站操作。因此，必须有一套明确的规则来界定沟通的时间和对象。当然，仅仅在公司出口安装防火墙来抵御外部攻击是不够的。致命错误甚至停机往往是内部误操作造成的，因此分布式安全系统在自动化领域非常关键。正因为如此，整个系统或系统组件可以划分为独立的安全单元，每个安全单元通过定义的规则进行通信。

5、无线网络提供新的应用可能性

如今，无线网络技术（WirelessLAN（WirelessLocalAreaNetworks））广泛应用于办公环境。移动性、灵活性、非常容易安装、低成本和无线通信等优点使该技术越来越多地用于工业环境。WLAN 现在越来越成为传统有线网络的补充。典型应用是在生产物流、操作和监控生产线或提供在线数据快速交换的移动终端上。例如，预订数据可以直接从监控中心发送到仓库中的叉车。

现在市场上有很多工业级WLAN设备，都是基于IEEE802.11b/g/a/h协议，可以提供100Mbit/s左右的数据传输速度。在传输距离方面，如果在5GHz频段使用合适的天线，可以达到20公里。Hirschmann 的无线网络解决方案可以满足这样的需求。未来，扩展协议IEEE802.11n将进一步规范工业环境下WLAN的标准。新标准很可能在明年实施，届时数据通信将更加可靠和快速，最高可达 640Mbit/s，即使在无线电通信条件较差的环境中也是如此。

工业环境中的无线电网络也根据 WLAN 的应用而有所不同。例如，WiMAX（IEEE802.16）用于70公里距离的数据传输或蓝牙（IEEE802.15.1）和Zigbee（IEEE802.15.4）用于短距离传输。Zigbee很有意思，因为它的低功耗，非常适合传感器之间的无线通信。然而，这项技术在工业环境中的广泛采用可能还需要几年时间。

6. 更高网络带宽的趋势

有线和无线网络都需要越来越高的网络带宽。在工业环境中，尤其是在控制层面，快速以太网（100Mbit/s）几乎是当今的主流。然而，在自动化和办公环境中，千兆以太网的发展趋势越来越明显。原因可以归结为以下三点：

首先，随着越来越多的现场设备通过以太网连接，带宽需求随着设备数量的增加而增加。

其次，控制数据、IP电话或IP视频等多种业务也在快速增长，并通过同一条电缆传输。

第三，千兆以太网的交换能力是快速以太网的十倍，许多实时应用可以在标准的千兆以太网环境中实现。

与无线解决方案一样，更高的传输速度意味着更高的功耗和更高成本的芯片。然而，随着芯片成本的下降，千兆以太网在工业环境中变得越来越普遍

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