以太網(wǎng)技術(shù)由于具有成本低,、通信速率和帶寬高,、兼容性好,、軟硬件資源豐富,、廣泛的技術(shù)支持基礎(chǔ)和強大的持續(xù)發(fā)展潛力等諸多優(yōu)點,，在過程控制領(lǐng)域的管理層已被廣泛應(yīng)用。事實證明,，通過一些實時通信增強措施及工業(yè)應(yīng)用高可靠性網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實施,，以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)數(shù)據(jù)通信的實時性及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，并可直接向下延伸應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信,。工業(yè)以太網(wǎng)一般是指在技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容,，但在產(chǎn)品設(shè)計時,，材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度,、適用性以及實時性等方面能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,，也就是滿足環(huán)境性、可靠性,、安全性以及安裝方便等要求的以太網(wǎng),。以太網(wǎng)是按IEEE802.3標準的規(guī)定，采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問方法（CSMA／CD）對共享媒體進行訪問的一種局域網(wǎng),。其協(xié)議對應(yīng)于ISO／OSI七層參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,，以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)為同軸電纜、雙絞線,、光纖等,，采用總線型或星型拓撲結(jié)構(gòu)，傳輸速率為10Mbps,，100Mbps,，1000Mbps或更高。在辦公和商業(yè)領(lǐng)域,，以太網(wǎng)是最常用的通信網(wǎng)絡(luò),，近幾年來，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,，以太網(wǎng)技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域,，它是現(xiàn)代自動控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是下一代自動化設(shè)備的標志性技術(shù),，是改造傳統(tǒng)工業(yè)的有力工具,，同時也是信息化帶動工業(yè)化的重點方向。國內(nèi)對工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求日益增加,，在石油,、化工、冶金,、電力,、機械、交通,、建材,、樓宇管理、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域和許多新規(guī)劃建設(shè)的項目中都需要工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持,。
工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢
20世紀80年代中期產(chǎn)生的現(xiàn)場總線,，將智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)以全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信控制網(wǎng)絡(luò)連接,，使工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化,、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展成為可能，使工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大變革?，F(xiàn)場總線國際標準IEC—61158經(jīng)過多年的爭論和斗爭后,，放棄了其制定單一現(xiàn)場總線標準的初衷，最終發(fā)布了包括8種（第三版修訂后增加了兩種類型,，而成為10種類型）類型總線的國際標準,。這說明各大總線各具特點、不可互相替代的局面得到世界工控界的認可,。但另一方面,，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，廣大工控專家,、制造商和用戶也逐漸認識到,，現(xiàn)場總線之所以沒有能實現(xiàn)統(tǒng)一，除了它們的技術(shù)特色和背后支持的公司間的利益沖突外,，還因為現(xiàn)場總線發(fā)展過程中,，過多地強調(diào)了自動化網(wǎng)絡(luò)的特殊性，忽視了信息技術(shù)的發(fā)展成果,，致使現(xiàn)場總線技術(shù),、產(chǎn)品和應(yīng)用發(fā)展緩慢。與此同時,，壟斷了辦公自動化領(lǐng)域信息網(wǎng)絡(luò)通信的以太網(wǎng)技術(shù),，由于其諸多優(yōu)點，無論是大型跨國企業(yè)還是中小型自動化企業(yè),，都在過程控制領(lǐng)域管理層和控制層等中上層得到廣泛應(yīng)用,。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大,，被控對象,、測控裝置等物理設(shè)備地域分散性也越來越明顯，集中控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的要求,。由于現(xiàn)場總線技術(shù)標準IEC—61158出臺,，實質(zhì)上并沒有真正統(tǒng)一的技術(shù)標準，因此,，世界各大工控廠商紛紛尋找其他途徑以求解決擴展性和兼容性的問題，于是目前在信息網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)成為首先選取的目標,。
以太網(wǎng)是當今最流行,、應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)，具有價格低、多種傳輸介質(zhì)可選,、高速度,、易于組網(wǎng)應(yīng)用等諸多優(yōu)點，而且其運行經(jīng)驗最為豐富,，擁有大量安裝維護人員,，是一種理想的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。首先,，基于TCP／IP的以太網(wǎng)是一種開放式通信網(wǎng)絡(luò),，不同廠商的設(shè)備很容易互聯(lián)。這種特性非常適合于解決控制系統(tǒng)中不同廠商設(shè)備的兼容和互操作等問題,；其次,，低成本、易于組網(wǎng)是以太網(wǎng)的優(yōu)勢,。以太網(wǎng)網(wǎng)卡價格低廉,，以太網(wǎng)與計算機、服務(wù)器等接口十分方便,。以太網(wǎng)技術(shù)人員多,，可以降低企業(yè)培訓維護成本；第三,，以太網(wǎng)具有相當高的數(shù)據(jù)傳輸速率可以提供足夠的帶寬,。而且以太網(wǎng)資源共享能力強，利用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場的總線,，很容易將I／O數(shù)據(jù)連接到信息系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)很容易以實時方式與信息系統(tǒng)上的資源、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫共享,；第四,，以太網(wǎng)易與Internet連接。在任何城市,、任何地方甚至都可以利用電話線通過Internet對企業(yè)生產(chǎn)進行監(jiān)視控制,；另外，以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，受到了廣泛的技術(shù)支持,。幾乎所有的編程語言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，有多種開發(fā)工具可供選擇,。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和自動化辦公信息網(wǎng)絡(luò)的進步,，企業(yè)綜合自動化、管控一體化已成為企業(yè)生存和發(fā)展的必尤之路,。以太網(wǎng)可方便實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接的優(yōu)勢,，可以使電子商務(wù)與工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場緊密結(jié)合,，實現(xiàn)真正意義上的企業(yè)管控一體化。
以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場存在的主要問題
信息傳輸存在實時性差和不確定性
工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)要求具有比較高的實時性和確定性,。而以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA／CD）以及二進制指數(shù)退避算法（BEB）,，因此必導致信息傳送的滯后，因其時間滯后是隨機的,，這說明實質(zhì)上以太網(wǎng)是一種非確定性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。因此，對于響應(yīng)時間要求嚴格的控制過程會存在產(chǎn)生碰撞的可能性,，造成響應(yīng)時間的不確定性,，使信息不能按要求正常傳遞，無法滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)所要求的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和確定性,。
以太網(wǎng)的可靠性差
安裝在工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備應(yīng)該具有高可靠性,，即能夠抗沖擊、耐振動,、耐腐蝕,、防塵、防水以及具有比較好的電磁兼容性,。而傳統(tǒng)的以太網(wǎng)主要應(yīng)用于辦公自動化領(lǐng)域,，其所用插接件、集線器,、交換機和電纜等都是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計的,，抗干擾能力差，難以滿足工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境要求,。
缺乏應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用層協(xié)議
以太網(wǎng)標準僅僅定義了ISO／OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,，即使再加上TCP／IP協(xié)議也只是提供了網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的功能。兩個設(shè)備要想正常通信必須使用相同的語言規(guī)則,，也就是說還必須有統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議,。目前，商用計算機通信領(lǐng)域采用的應(yīng)用層協(xié)議主要是FTP（文件傳輸協(xié)議）,，Telnet（遠程登陸協(xié)議）,，SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議），HTTP（超文本傳輸協(xié)議）等,。這些協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不符合工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通信要求,。因此，必須制定統(tǒng)一的適用于控制領(lǐng)域的應(yīng)用層協(xié)議,。