什么是以太网?以太网用于工业控制有何缺陷?

以太网是局域网中的一种，在各种工业领域以及信息领域内都有以太网的身影。为增进大家对以太网的认识，本文将对以太网、工业控制以及以太网应用于工业控制中的区别予以介绍。如果你对以太网具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、以太网

以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类：第一类是经典以太网，第二类是交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网，可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型;但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。

以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息，有时也叫作以太(Ether)。(这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。) 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。

二、工业控制

工控指的是工业自动化控制，主要利用电子电气、机械、软件组合实现。即是工业控制，或者是工厂自动化控制。主要是指使用计算机技术，微电子技术，电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。

工业控制一向是制约中国装备行业乃至产品升级的瓶颈。装备制造业是工业的核心和基础，决定了国家工业和科技的水平，以及其在全球分工所占据的地位。

对于机床一类的工业母机，作为国内的制造商，需要西门子或者三菱提供整体的运动控制解决方案，核心的运动控制产品如直线电机、交流伺服电机和系统等进行精确运动控制的核心部件或是应用解决方案就是由国外的跨国公司整体提供，从产品到技术都是由外企来设计。国内从事机床制造的厂商，更多的是从应用角度来理解这些关键部件的功能，怎么使用，最终把它们整合成一套机械设备。这就是在制造业方面的差距和追赶的方向。

三、以太网应用于工业控制时存在的问题

传统的以太网是一种商用网络，要应用到工业控制中还存在一些问题，主要有以下几个方面。

(1) 存在实时性差，不确定性的问题

传统的以太网采用了CSMA/CD的介质访问控制机制，各个节点采用BEB(Binary Exponential Back-off)算法处理冲突，具有排队延迟不确定的缺陷，每个网络节点要通过竞争来取得信息包的发送权。通信时节点监听信道，只有发现信道空闲时，才能发送信息;如果信道忙碌则需要等待。信息开始发送后，还需要检查是否发生碰撞，信息如发生碰撞，需退出重发，因此无法保证确定的排队延迟和通信响应确定性，不能满足工业过程控制在实时性上的要求，甚至在通信繁忙时，还存在信息丢失的危险，从而限制了它在工业控制中的应用。

(2) 工业可靠性问题

以太网是以办公自动化为目标设计的，并没有考虑工业现场环境的适应性需要，如超高或超低的工作温度，大电机或其他大功率设备产生的影响信道传输特性的强电磁噪声等。以太网如在车间底层应用，必须要解决可靠性的问题。

(3) 以太网不提供电源，必须有额外的供电电缆

工业现场控制网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现场设备传输工作供给电源。这主要是从线缆铺设和维护方便考虑，同时总线供电还能减少线缆，降低布线成本。

(4) 以太网不是本质安全系统

(5) 安全性问题

以太网由于使用了TCP/IP协议，因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。没有授权的用户可能进入网络的控制层或管理层，造成安全漏洞。对此，一般可采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理，但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究。

(6) 现存的控制网络与新建以太控制网络的集成问题

上述这些问题中，实时性、确定性及可靠性问题是长期阻碍以太网进入工业控制领域的主要障碍。为了解决这一问题，人们提出了工业以太网的解决办法。

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