以太网在工业控制中的应用综述

展具有特别重要的意义。为了加快新一代控制系统的发展与应用，各大厂商纷纷寻找其他途径以求解决扩展性和兼容性的问题，业内人士把目光转移到了在商用局域网中大获成功的具有结构简单、成本低廉、易于安装、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与Internet集成、支持几乎所有流行的网络协议的以太网技术。

3、以太网与TCP/IP

以太网(Ethernet)最早来源于Xerox公司于1973年建造的网络系统，是一种总线式局域网，以基带同轴电缆作为传输介质，采用CSMA/CD协议。Xerox公司建造的以太网非常成功，1980年Xerox、DEC和Intel公司联合起草了以太网标准。1985年，IEEE802委员会吸收以太网为IEEE802.3标准，并对其进行了修改。以太网标准和IEEE802.3标准的主要区别是以太网标准只描述了使用50欧同轴电缆、数据传输率为10Mbps的总线局域网，而且以太网标准包括ISO数据链路层和物理层的全部内容;而IEEE802.3标准描述了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps～10Mbps的所有采用CSMA/CD协议的局域网，而且IEEE802.3标准只定义了ISO参考模型中的数据链路层的一个子层(即介质访问控制MAC子层)和物理层，而数据链路层的逻辑链路控制LLC子层由IEEE802.2描述。该规范规定采用载波侦听多路访问/冲突(碰撞)检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)，信号以10Mbps速率在同轴电缆上传输。

按照ISO的OSI七层结构，以太网标准只定义了数据链路层和物理层，作为一个完整的通信系统。以太网在成为数据链路和物理层的协议之后，就与TCP/IP紧密地捆绑在一起了。由于后来国际互连网采用了以太网和TCP/IP协议，人们甚至把如超文本连接HTTP等TCP/IP协议组放在一起，称为以太网技术; TCP/IP的简单实用已为广大用户所接受，不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的管理网络、监控层网络也都广泛使用以太网技术，并开始向现场设备层网络延伸。如今，TCP/IP协议成为最流行的网际互联协议，并由单纯的TCP/IP协议发展成为一系列以IP为基础的TCP/IP协议簇。

在TCP协议中，网络层的核心协议是IP(Internet Protocol)，同时还提供ARP(Address Resolution Protocol)、RARP(Reverse Address Resolution Protocol)、ICMP(Internet Control Messages Protocol)等协议。该层的主要功能包括处理来自传输层的分组发送请求(即组装IP数据报并发往网络接口)、处理输入数据报、转发数据报或从数据报中抽取分组、处理差错与控制报文(包括处理路由、流量控制、拥塞控制等)。

传输层的功能是提供应用程序间(端到端)的通信服务，它提供用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)和传输控制协议TCP(Transfer Control Protocol)两个协议。UDP负责提供高效率的服务，用于传送少量的报文，几乎不提供可靠性措施，使用UDP的应用程序需自己完成可靠性操作;TCP负责提供高可靠的数据传送服务，主要用于传送大量报文，并保证数据传输的可靠性。

以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线、光纤等，其最大优点是简单，经济实用，易为人们所掌握，所以深受广大用户欢迎。与现场总线相比，以太网具有以下几个方面的优点:

(1) 兼容性好，有广泛的技术支持

基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络，适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题，不同厂商的设备很容易互联，能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持以太网的应用开发，如VB、Java、VC等。采用以太网作为现场总线，可以保证多种开发工具、开发环境供选择。工业控制网络采用以太网，就可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外，从而使工业控制网络与信息网络技术互相促进，共同发展，并保证技术上的可持续发展。

(2) 易于与Internet连接

以太网支持几乎所有流行的网络协议，能够在任何地方通过Internet对企业进行监控，能便捷地访问远程系统，共享/访问多数据库。

(3) 成本低廉

采用以太网能降低成本，包括技术人员的培训费用、维护费用及初期投资。由于以太网的应用最为广泛，因此受到硬件开发与生产厂商的广泛支持，具有丰富的软硬件资源，有多种硬件产品供用户选择，硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有现场总线的十几分之一，并且随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步下降。人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验，对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可