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    以太網與工業以太網的區別
    摘要: 以太網相較工業以太網有以下四大缺陷在講以太網的主要缺陷前,有必要先了解一下以太網的通信機制。以太網是指遵循IEEE802.3標準,可以在光纜和雙絞線上傳輸的網絡。它最早出現在1
    Abstract:
    Key words :

            以太網相較工業以太網有以下四大缺陷

      在講以太網的主要缺陷前,有必要先了解一下以太網的通信機制。以太網是指遵循IEEE802.3標準,可以在光纜和雙絞線上傳輸的網絡。它最早出現在1972,由XeroxPARC所創建。當前以太網采用星型和總線型結構,傳輸速率為10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s或更高。以太網產生延遲的主要原因是沖突,其原因是它利用了CSMA/CD技術。在傳統的共享網絡中,由于以太網中所以的站點,采用相同的物理介質相連,這就意味著2臺設備同時發出信號時,就會出現信號見的互相沖突。為了解決這個問題,以太網規定,在一個站點訪問介質前,必須先監聽網絡上有沒有其他站點在同時使用該介質。,如果有則必須等待,此時就發生了沖突。為了減少沖突發生的幾率,以太網常采用1-持續CSMA,非持續CSMA,P-持續CSMA的算法2。由于以太網是以辦公自動化為目標設計的,并不完全符合工業環境和標準的要求,將傳統的以太網用于工業領域還存在著明顯的缺陷。但其成本比工業網絡低,技術透明度高,特別是它遵循IEEE802.3協議為各現場總線廠商大開了方便之門,但是,要使以太網符合工藝上的要求,還必須克服以下缺陷:

      (一)通信的非確定性

      工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的

      要求,即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數據準確定時刷新。由于以太網采用CSMA/CD方式,網絡負荷較大時,網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求,故傳統以太網技術難以滿足控制系統要求準確定時通信的實時性要求,一直被視為“非確定性”的網絡。

      (二)通信非實時性

      在工業控制系統中,實時可定義為系統對某事件的反應時間的可測性。也就是說,在一個事件發生后,系統必須在一個可以準確預見的時間范圍內做出反映。然而,工業上對數據的傳遞的實時性要求十分嚴格,往往數據的更新是在數十ms內完成的。而同樣由于以太網存在的CSMA/CD機制,當發生沖突的時候,就得重發數據,最多可以嘗試16次之多。很明顯這種解決沖突的機制是以付出時間為代價的。而且一但出現掉線,那怕是僅僅幾秒種的時間,就有可能造成整個生產的停止甚至是設備,人身安全事故。

      (三)商用以太網不具備高穩定性與可靠性

      傳統的以太網在設計之初并不是為工業應用而設計的,沒有考慮工業現場環境的惡劣的工況,嚴重的線間干擾以及機械、氣候、塵埃等條件的惡劣,而且以太網的抗干擾(EMI)性能非常差,應用于危險場合時,不具備本質安全性能;因此對設備的工業可靠性提出了更高的要求。同時在生產環境中工業網絡必須具備較好的可靠性,可恢復性,以及可維護性。即保證一個網絡系統中任何組件發生故障時,不會導致應用程序,操作系統,甚至網絡系統的崩潰和癱瘓。

      (三)安全性問題

      在工業生產過程中,很多現場不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等,對應用于這些工業現場的智能裝置以及通信設備,都必須采取一定的防爆技術措施來保證工業現場的安全生產。在目前技術條件下,對以太網系統采用隔爆、防爆的措施比較可行,即通過對Ethernet現場設備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施,使現場設備本身的故障產生的點火能量不外泄,以保證系統運行的安全性。對于沒有嚴格的本安要求的非危險場合,則可以不考慮復雜的防爆措施。工業系統的網絡安全是工業以太網應用必須考慮的另一個安全性問題。工業以太網可以將企業傳統的三層網絡系統,即信息管理層、過程監控層、現場設備層,合成一體,使數據的傳輸速率更快、實時性更高,并可與Internet無縫集成,實現數據的共享,提高工廠的運作效率。但同時也引人了一系列的網絡安全向題,工業網絡可能會受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網絡安全威脅。

      (四)總線供電問題

      總線供電(或稱總線饋電)是指連接到現場設備的線纜不僅傳輸數據信號,還能給現場設備提供工作電源。以太網從設計之初就沒有考慮到這一問題,而工業現場存在著大量的總線供電需求。

      正因為有以上諸多問題,普通的商用以太網是不能夠直接用于工業現場的控制的。為了解決這些問題工業以太網便應運而生。

      隨著互聯網技術的發展與普及推廣,以太網傳輸速率的提高和以太網交換技術的

      發展,傳統商用以太網的上述問題在工業以太網中正在得到解決。

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