工业以太网的特点_工业以太网的技术特点

　　1、实时性和确定性

　　随着快速以太网与交换式以太网技术的发展，给解决以太网的非确定性问题带来了新的锲机，使这一应用成为可能。首先，以太网的通信速率从10M、100M增大到如今的1000M、10G，在数据吞吐景相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞几率大大下降。其次。采用星型网络拓扑结构代替总线型结构，交换机将网络划分为若干个网段。以太网交换机由于具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生碰撞；同时交换机还可以对网络上传输的数据进行过滤，使各个网段内节点问数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。

　　再次，全双工通信又使得端口间两对双绞线（或两根光纤）上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。因此，采用交换式集线器和全双工通信，同时网络上的冲突域不复存在（全双工通信），或碰撞几率大大降低（半双工），因此，以太网通信确定性和实对性大大提高。

　　2、稳定性和可靠性

　　以太网进入工艺控制领域的另一个主要问题是，它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商业领域设计的，商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中，因而需要针对较恶劣的工业现场环境（如冗余直流电源输入、高温、低温、防尘等）来设计工业以太网。

　　随着网络技术的发展。上述问题正在迅速得到解决。为了解决在不间断的工业领域应用，在极端条件下网络也能稳定工作的问题，美国Synergetic微系统公司和德国Hirschmann、JetterAG等公司专门开发和生产了机架导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并由冗余电源供电，接插件采用牢固的DB29结构。现在已经出现了特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备（如plc、hmi、dcs系统等）。

　　此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网段还可以采用冗余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。

　　1、通信确定性与实时性

　　工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输要足够快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求，故传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为“非确定性”的网络。

　　2、安全性

　　在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒气体等，对应用于这些工业现场的智能装置以及通信设备，都必须采取一定的防爆技术措施来保证工业现场的安全生产。

　　在目前技术条件下，对以太网系统采用隔爆、防爆的措施比较可行，即通过对Ethernet现场设备采取增安、气密、浇封等隔爆措施，使现场设备本身的故障产生的点火能量不外泄，以保证系统运行的安全性。对于没有严格的本安要求的非危险场合，则可以不考虑复杂的防爆措施。

　　但同时也引人了一系列的网络安全向题，工业网络可能会受到包括病毒感染、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。

　　工业以太网在协议里都引入了safety协议的概念，可以避免黑客对网络监听和盗取以及信息的篡改，同时可以采用网关或防火墙等对工业网络与外部网络进行隔离，还可以通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络的安全管理。

　　3、稳定性与可靠性

　　传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。由于工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。

　　为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定工作的问题，可以采用导轨式交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。

　　此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网段还可采用冗余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。

　　4、总线供电问题

　　总线供电（POE）是指连接到现场设备的线缆不仅传输数据信号，还能给现场设备提供工作电源。对于现场设备供电可以采取以下方法：

　　1）在目前以太网标准的基础上适当地修改物理层的技术规范，将以太网的曼彻斯特信号调制到一个直流或低频交流电源上，在现场设备端再将这两路信号分离开来。

　　2）不改变目前物理层的结构，而通过连接电缆中的空闲线缆为现场设备提供电源。