探索工业通信革命应用工业以太网与Can总线的无缝融合
以太网(Ethernet)技术支持着无所不包的网络协议,因此在数据信息网络中得到了广泛应用,拥有传输速度快、能耗低、便于安装兼容性好、开放性高以及支持设备多等众多优势。随着网络技术的进步和工业控制领域对网络功能要求的不断提升,以太网正逐渐进入工业控制领域,形成了新的以太网控制网络技术。工业以太网的开放性使得工业控制网络与企业信息网络之间实现了无缝集成,这在整合方面具有不可比拟的优势。
以太网由于其传输速度快、能耗低且易于安装兼容性好的特点,在商业系统中被广泛采用。近年来,以太网进入了自动化控制领域,形成了一套新的基于以太网的自动化控制技术。这主要是因为工业自动化系统向分布式智能化方向发展,对开放透明的通信协议有更高要求。
将以太网技术引入到工业自动化领域,其优势尤为明显:1. 以太网是一个完全开放、完全数字化的人机界面,可以方便不同制造商设备之间互联;2. 以太网能够实现工控现场与企业级信息流通无缝连接,构建起一体化全开放型企业级管控体系,如图2所示;3. 硬件成本低廉,因为现今已有一系列成熟且稳定的硬件和软件支撑,以满足各种需求;4. 通讯速率高速,可以满足快速扩展和复杂环境下的高效数据传输需求,现在已经普及10M/100M Fast Ethernet,并且千兆Ehternet也正在迅速推广,其速率远超目前现场总线;5. 潜力巨大,在瞬息万变的时代,企业生存发展依赖于一个快速有效而安全可靠的事物管理平台,加强通信技能与信息技能开发,将保证持续创新。
然而,以 太 网 技 术 进 人 工 控 域 时 也 存 在 一 定 的 难题,其中 主 要 有:1. 实时性问题:因其使用 CSMA/CD介质访问方法,它难以为错实时提供服务。一条总线上挂多个节点平等竞争总线资源,这种方式很难满足严格实时性的需要,是当前以 太 网 技 术 进 入 工 控 域 的 技 能 瓶 颈;2 对 工 业 环 境 的 适 应 性 与 可 靠 性:它设计用于办公室环境,而非恶劣工作场合,因此需改善抗干扰能力及外观设计;3 应 用 层 协议适用性问题:现在主流的是 TCP/IP 协议,但这些标准可能不足够适应工控现场设备间即时通讯需求;4 实质安全与网络安全问题:若运用于易燃易爆风险作业场所,还需考虑防火防爆的问题;5 QOS(Quality of Service)问题:随着技能提升下层信号不再仅限于数字或模拟量,还包含音频视频信号,所以需要根据不同用户需求及内容调整实时性能。
尽管存在以上挑战,但随着不断深入研究,上述困难都得到了部分或彻底解决。例如,一些新兴交换式乙特網技術通过全双工通訊避免CSMA/CD带来的冲突,并提供优先级机制来确保最佳实时功能。此外,由於各種工業環境對抗干擾措施進一步完善,使之更加符合工業應用,並且為TCP/IP協議栈進行增減,以適應工業自動化系統,以及強調實質安全與網絡安全問題並採取相應措施來加強保護。此外隨著網絡速度提高與網絡協議進一步完善,這些問題也得到一定程度上的緩解。
總結來說,即將集成電路技術、大型乙特網技術以及嵌入式Internet技能研究進一步深入,我們將迎來一個基於大型乙特網的人機界面的時代。在這個新時代里,大型乙特網將成為最開放的一種人機界面架構。而這種新架構將會對傳統的人機界面產生革命性的變革,並為各行各業帶來全新的可能性。但值得注意的是,這并不意味著現有的现场总线就要被淘汰掉,最可能的情況是兩者共存,用一种混合式操控系統。在未来的某个时间点,大型乙特網将成为行业标准之一。不过至少目前看来,它仍然无法全面替代现场总线作为单一标准,而是在长期内会是一种并存状态。