(2) 以太网在可靠性方面不如现场总线,现场总线是为工业控制设计的,能适应易燃、易爆(如化工、制药)、干扰强烈场合及其它环境恶劣的场合。现场总线有屏蔽,接地与防爆等措施,而以太网需要解决这些问题。
(3) 现场总线规范要求网段上配有电源,为所有非自供电的设备提供电源,而以太网不提供电源,必须增加额外的供电电缆。
5 工业以太网的应用可行性
工业以太网用于工业控制,对于上述问题,随着以太网技术的发展和相应措施的实施,其实时性及可确定性取得很大改善:
(1) 不断提高以太网速率:近来年以太网的速率由10Mbps、100Mbps增加到1 000Mbps并已广泛应用。目前10Gbps的以太网已经商业化,数据传输时间大大缩短,响应时间得到提高,系统的实时性及不可确定性得到了改善。
(2) 采用交换机以太网技术:由于共享式以太网工作站点争抢信道而产生冲突碰撞影响了系统的实时性和不确定性,采用交换机以太网技术可使其得到改善。交换型的以太网中采用以太网交换机,交换机各端口之间同时可以形成多个数据通道,每个端口可连一个网段,端口之间帧的输入和输出不再受CSMA/CD介质访问控制协议的约束。当系统包括多个工作群组,一般让每个组群单独组成一个网段,每个网段占用交换器(机)一个端口(如图4所示交换机有A、B、C、D四个网段),各网段的工作大部分时间是独立的,当任意两个网段需要信息交换时,交换机能在2个独立网段之间建立信息通道(例如图4的A、B),一旦信息交换结束,通道即断开。

图4 交换机隔离的网段
由此看出,交换式以太网可以克服共享式以太网存在的问题:
• 交换机每个端口上,可连接一个网段,每个网段可独享带宽;
• 交换机每个端口上,所接网段之间是独立的、被隔离的,如需要网段间进行信息通信的话,可以暂建立信息信道,经过交换机的隔离,可大大减小冲突发生的概率,改善实时性和不确定性;
• 交换机VLAN技术的普遍采用,使交换系统能够分配给控制信息点专有的通道和带宽,从而保证在网络繁忙的时候,控制系统仍有足够宽裕的带宽,使以太网信息传输的实时性和不确定性基本上保持在理论的水平上。
(3) 在某些应用场合允许的情况下,尽量将控制网与信息网分割开来使用,以避免实时数据与非实时数据的碰撞,使工业控制站点之间的以太网为独立网段,从而改善实时性和不确定性。除此之外,还可以采用全双工技术降低网络负载,以及在Ethernet+TCP/IP协议的基础上制订统一并适用于工业现场控制的应用层技术规范等措施。采取以上措施可以使工业以太网在某些军事、工业、民用的领域的现场测控中得到初步应用。例如,国外不少国家核加速器最新测控方案选择了以太网,除此之外汽车装配线、薄钢生产线等均采用工业以太网的方案,从测控领域的发展方向上看,工业以太网将是未来测控领域中的一个重要发展方向,也是企业管控一体化和智能建筑系统集成的一种最佳方案。
(4) 以太网的供电问题,多年来一直是一个缺陷,特别是随着IP电话、IP摄像机、无线AP、ENC(Ethernet Control System)等系统的应用,人们更提出以太网在传输数据的同时,传送部分能量,以满足小型网络设备用电的需求,解决小型网络设备供电的无序状态和居高不下的电源布线成本。因此IEEE 802.3af标准呼之即出,已形成一个以太网供电的国际标准,目前3COM、华为、DLINK等公司都有符合802.3af标准的交换机产品。IEEE 802.3af 标准的核心是在满足802.3 标准的同时,由交换机向网络终端设备提供48V或24V电源,至此工业以太网的供电问题得到很好的解决,其原理如图5所示。