探索工业通信革命应用工业以太网与can总线的双重优势
以太网(Ethernet)技术在网络协议的支持下,已经渗透到各个领域,尤其是在数据信息网络中,它的优势包括传输速度快、能耗低、便于安装兼容性好和开放性高。随着工业控制领域对网络功能要求的不断提升,以太网正逐步融入工业自动化系统,形成了新的以太网控制网络技术。这种开放性的特点使得工业控制网络与企业信息网络之间实现无缝整合,从而极大地提高了工作效率。
以太网作为广泛应用于商业系统中的通信标准,其优势在于支持几乎所有流行的网络协议,因此被广泛采用。近年来,以太网技术进入了工业自动化领域,并逐渐形成了一套新的以太网控制网络解决方案。这主要是因为现代工业自动化系统倾向于分布式和智能化管理,而开放的通信协议已成为必需条件。
将以太网技术引入到工业环境中,其优越性能明显:1. 以太网是一个完全开源、完全数字化的通信平台,这允许不同厂商设备之间相互连接;2. 它能够实现从工控设备到企业级信息系统的一体化全开源网络,如图2所示;3. 硬件成本较低,因为这项技术已经成熟,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择;4. 通讯速率高速,比如10M/100M快速以太网刚开始普及,而千兆以太网也正在发展,其速率远高于现场总线;5. 可持续发展潜力巨大,在瞬息万变的信息时代,企业生存与发展依赖快速有效通讯管理networks, 信息技能与通讯技能的进步将更加敏捷且成熟,从而确保了该技术持续前进。
然而,以太网在迈向工控领域时,也面临一些挑战,其中首要的是实时性问题:由于CSMA/CD介质访问方法导致竞争总线,不利于满足工控对实时性的需求。另外,对抗干扰能力不足以及适用于工控应用层协议的问题也是需要解决的问题。此外,还有安全问题,如实物安全和数据安全等都需要得到妥善处理。此外,对QOS(服务质量)的要求也很高,特别是在含有音频或视频信号传输的情况下。
尽管存在这些挑战,但随着新一代交换式以太網技術出现,这些問題正在得到改善。在交换式技術中使用全双工通訊,可以避免CSMA/CD带来的冲突,并提供优先级机制来最大限度地利用带宽并保证更好的实时性能。此外,由於對工業環境特殊要求,一些設備出產商提供專門抗干擾措施,使之更加適應工業條件。而對於應用層協議方面,可以根據具體需求進行調整,並制定符合工業需求更为严格的事业场景协调标准。此外,还通过加强實質安全措施和实施多種安全機制來增強網絡安全。不过,该領域仍然需要進一步研究如何应對特定的自動化操作網絡威脅。
總結來說,以現有的開發情況看起來,以 太網將會繼續成為一個具有開放性的重要組成部分,不僅可以應用於多個工業自動化領域,而且隨著集成電路、Industrial Ethernet 和嵌入式 Internet 技術研究深入,這一領域將會迅速發展並成為最具開放性的 Industrial Automation 網絡架構之一。但這并不意味著它將取代现场总线,即使现在看起来它似乎不适合某些场景,如汽车操控系统或数控机床等,因為它们具有恶劣作业条件、高要求关于实时性和可靠性。不过,在未来很长一段时间里,我们可能会看到一种混合型结合现场总线与 Industrial Ethernet 的运营模式成为主流。