工业以太网技术及其发展趋势

2003年3月20号，在上海新国际展览中心的INTERKAMA CHINA 2003展会现场的技术论坛上,上海工业自动化仪表研究所的缪学勤教授级高工主讲了名为《工业以太网技术的最新进展》的技术讲座。讲座上，来自工控各个领域和高等院校，研究院的的技术人员，工程师济济一堂认真听取了讲座，表现了业界人士对此领域发展情况的紧密关切。 在该论坛上， 缪学勤高工首先介绍了工业以太网的形成。由于历史原因，现存的现场总线标准互不兼容，导致了不同公司的产品之间难以实现高速的实时数据传输等问题，由此，人们开始转向开发一种能结合IT技术的工业网络构架，即工业以太网。工业以太网是由NTI（New Technology of Information）渗透至工业自动化领域引起其变革的技术产物，它将简化自动控制系统，并降低系统成本。 随后，缪高工论述了工业以太网技术的最新进展，并且对4种工业以太网协议的主要分歧进行了分析。 1． Ethernet IP：此种工业以太网采用有源交换器，用来实现现场总线及其设备与以太网的无缝连接。另外，以太网为星行结构，有利于方便简单的接线和维护等工作的进行。在其星行结构中，采用通信组件，使其可以兼容Rockwell的现场总线设备。而Ethernet IP的通信模型也有其自身特点：在第一层至第四层上，采用Ethernet 802.3协议，之上采用TCP/IP，而在用户层上，采用CIP规范，使Control Net, Device Net 和Ethernet 共享用户层和应用层。 2． FF HSE(High Speed Ethernet) ：这是由FF基金会推出的一种以太网构架。HSE采用星行构架，并采用交换器连接FF的现场总线装置，实现无缝操作。其中的交换机还有防火墙作用，能有效抵抗干扰。此种以太网最重要的优点是实现了各种级别的冗余功能，保证了网络的可靠性。其通信模型的低层采用Ethernet TCP/IP协议，用户层和应用层则可由现场总线和HSE共用。 3． PROFI NET ：是由西门子提出的以太网构架。由于西门子倡导保护过去投资，故其PROFINET的推出充分考虑了与PROFIBUS 的兼容性，实现了两者的无缝连接。而在通信模型中，PROFINE最大的特点是在其用户层是基于组件的，而依靠工程设计模型实现了组件的连接，从而系统中便可接入多个供应商的设备。 4． IDA 与上述3个架构不同，IDA则采用了从设备底层到高层的完全工业以太网构架，这是依靠Mod Bus实现的。 在分别阐述了各种现存的工业以太网后，缪高工综合论述了四者的异同：在结构上，前三者都分别对应一个现场总线的底层结构，实现工业以太网和现场总线的结合。而只有IDA不同，采用了完全的以太网构架，使以太网的结构中直接兼容了设备，而无须现场总线结构；在应用上，FF HSE 是应用于过程自动化的连续控制过程的，而其他三者则常用于断续控制的。 然而，缪高工分析认为，用户是希望兼容和统一的，希望各种设备及协议缩小差距。应于这种呼声，国际上有3个组织来努力建立一个统一的以太网环境：IAONA, ODVA,IDA。在此，缪高工强调，要建立的统一并非原概念的统一，而是要吸收Internet的先进技术成果，采用TCP/IP, 应用于工业以太网，由此建立统一的以太网环境。 最后，缪高工总结道，迫于市场的压力，各国对推进Ethernet/IP工业以太网技术基本达成共识，一个具有互操作性的统一工业以太网在2-3年内是可以实现的。