工业以太网概述

工业以太网概述

现场总线对于面向设备的自动化工业系统起到了极大的促进作用，但是由于现场总线工业网络存在一定的缺陷，导致其的发展受到极大的限制。其缺陷包括有通信速率低，成本高，支持应用低，又由于现场总线通信协议多种多样，使得不同总线之间的互联互通比较繁琐，必须要通过一些通信协议转换器进行协议的转换，特别是有多个现场总线协议共存于一个系统中时，相互之间的协议转换更加繁琐。

以太网自从发明出来之后，由于以太网具有极强的兼容性、可扩展性、开放性，得到了飞速的发展，深入到了社会生活的各个层面，同样，以太网也进入了工业应用领域。但是普通的以太网存在极大的缺陷导致其不能应用于工业领域：

1.工业控制领域对于数据的实时性要求非常高，对于数据的延时一般都是必须要控制在几十个ms之内。由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），当以太网上发生冲突的时候，就会重发数据，很明显，一旦冲突发生，就必须牺牲时间为代价来解决冲突的问题，实时性就不能得到保证。但是在工业领域，实时性不能得到保证的话，就有可能导致设备的停止运作，甚至造成安全事故。

2.由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制），使得以太网存在冲突，特别是在以太网网络负荷比较重的情

况下，冲突出现的几率更大。而一旦大量的冲突发生，导致数据不断的重发，使得工业网络之间的通信的不确定性大大增加，从而降低了系统控制性能。

3.以太网在最初设计时，没有考虑到工业现场的复杂电磁环境，在恶劣的外部环境中，必然导致以太网的可靠性的降低。但是在生产环境中，工业网络必须有良好的可靠性，可维护性及可恢复性。

针对以太网存在的以上缺陷，采用了多种解决机制改善以太网的性能以使的其可以适用于工业网络，以形成工业以太网。

1.工业以太网交换技术。为改善以太网在网络负荷较重的时候出现的拥塞问题，采用工业以太网交换机减少由于载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制）而产生的冲突问题和错误传输，从而提高系统的稳定性。常用的交换技术有：存储转发交换技术，交换机开始接收数据帧后，先进行存储，待完全接收整个数据帧后，进行差错校验，校验无误后进行转发。直通式交换技术，当工业以太网交换机接收到数据帧时，只接收完头部，立即进行转发，不进行任何校验和处理。

2.采用高速工业以太网交换机，研究表明，当以太网负载越多，其发生冲突的概率就越大。当以太网的负荷在10％以下的时候，10M 网络冲突机率为五年一次，而100M网络冲突机率为十五年一次，当负荷超过36%时，发生冲突的机率就随着负荷的增加成几何数量级的

增长。在通信数据流量一定的情况下，利用高速的工业以太网交换机，提高以太网通信速度，有效降低以太网负荷，降低冲突的概率，提高工业以太网的可靠性。