以太网在工业控制中的应用综述

败率、优先级等方面，使工业以太网满足工业自动化实时控制要求。另外，QoS网络还可以制止对网络的非法使用，譬如非法访问控制层现场控制单元和监控单元的终端等。

此外，还出现了受大公司支持的工业以太网应用标准及相关协议的改进。将工业以太网引入底层网络，不仅使现场层、控制层和管理层在垂直层面上方便集成，更能降低不同厂家设备在水平层面上的集成成本，以太网向底层网络的延伸是必然的，因此著名厂商纷纷支持工业以太网并制订了不同的工业应用标准。如 Rockwell、OMRON等公司支持Ethernet/IP，IP是指工业协议，它提供Producer/Consumer模型，将ControlNet和Devicenet的控制和信息协议的应用层移植到TCP。FF制定的高速以太网协议HSE提供了发布方/定购方、对象等模型，主要用于工程控制领域，受到了Foxboro、Honeywell等一些大公司的支持。 由Schneider公司发布的Modbus/TCP协议将Modbus协议捆绑在TCP协议上，易于实施，能够实现互联。

为了提高实时性，以太网协议也作了一些改进。一种完全基于软件的协议RETHER(Real Time Ethernet)可以在不改变以太网现有硬件的情况下确保实时性，它采用一种混合操作模式，能减少对网络中非实时数据传输性能的影响;非竞争的容许控制机制和有效的令牌传递方案能防止由于节点故障而引起的令牌丢失。遵守RETHER协议的网络以CSMA和RETHER两种模式运行。在实时对话期间，网络将透明地转换到RETHER模式，实时对话结束后又重新回到CSMA模式。还有一种以太网协议叫RTCC(Real Time Communication Control)，为分布式实时应用提供了良好的基础。RTCC是加在Ethernet之上的一层协议，能提供高速、可靠、实时的通信。它不需要改变现有的硬件设备，采用命令/响应多路传输和总线表两种新颖的机制来分配信道。所有节点在RTCC协议中被分为总线控制器(BC)和远程终端(RT)两类，BC只有一个，其余都是RT。信息发送的发起和管理都由BC承担，访问仲裁过程和传输控制过程都是由BC来实现的，通过两个过程的集成与同步，不仅节点的发送时间是确定的，而且节点使用总线的时间也可控。在10Mbps以太网上的实验表明，RTCC有令人满意的确定性。第三种改进实时性的方法是流量平衡，即在UDP或TCP/IP与Ethernet MAC之间加一个流量平衡器。作为它们之间的接口，它被安装在每一个网络节点上。在本地节点，它给予实时数据包以优先权来消除实时信息与非实时信息的竞争，同时平衡非实时信息，以减少与其他节点实时信息之间的冲突。为了保证非实时信息的吞吐量，流量平衡器还能根据网络的负载情况调整数据流产生率。这种方法不需要对现有的标准Ethernet MAC协议和TCP或UDP/IP作任何改动。

因此，针对以太网排队延迟的不确定性，通过采用适当的流量控制、交换技术、全双工通信技术、信息优先级等来提高实时性，并改进了容错技术、系统设计技术以及冗余结构，以太网完全能用于工业控制网络。事实上，20世纪90年代中后期，国内外各大工控公司纷纷在其控制系统中采用以太网，推出了基于以太网的DCS、PLC、数据采集器，以及基于以太网的现场仪表、显示仪表等产品。

随着网络和信息技术的日趋成熟，在工业通信和自动化系统中采用以太网和TCP/IP协议作为最主要的通信接口和手段，向网络化、标准化、开放性方向发展将是各种控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用最广泛、成长最快的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了超乎寻常的发展。同时，基于IP的全程一体化寻址，为工业生产提供的标准、共享、高速的信息化通道解决方案，也必将对控制系统产生深远的影响。