论工业以太网的技术特点及应用

文/张犇

工业以太网以其特殊的、独

具的特点，被广泛应用于工业领

域，本文主要论述了以太网技术

的由来、技术特点以及应用现状，

对工业以太网的发展和实际应用，

进行一些探讨和研究。

摘 要

撞概率。

（3）交换机功能作用得以充分发挥，它

在网络传输时可以起到过滤的作用，无论是任

何网段、任何节点的网络传输数据，都会被限

制在本地网段内，而根本不经过主干网，这就

大大降低了网络负载。

2.2 通信中的稳定性与可靠性

首先，Ethernet 在网络通信应用中，所用

到的都是根据需求而设计生产出来的集线器、

交换机、接插件等。其作用就是为了解决工业

生产过程中遇到的一些诸如环境、硬件等带来

的影响，比如高温、低温及防尘等。为增加以

太网在工业运用中的稳定性，导轨式集线器被

开发运用起来，同时，还有很多公司研发了各

类交换机等产品。在实际使用中：

（1）将它们安装在DIN 导轨上；

（2）供电方式采用冗余电源供电；

（3）把DB．9 结构应用于接插件，通过

这三种方式，大大增加工业以太网的稳定性。

其次，随着工业网络的发展， 人们对

Ethemet 总线供电进行了进一步的规范和定义。

在工业现场，有以下3 种情况：

（1）主干网光纤传输；

（2）连接现场设备采用屏蔽双绞线；

（3）重要网段使用冗余网络技术。

这样，通过这种规避和应用，使得网络

抗干扰能力大大提高，这也从另一个方面提高

了以太网的稳定性和可靠性。

2.3 网络协议的统一性与通用性

目前，以太网比较广泛使用为3 种网络

协议：

2.3.1 HSE

随着网络协议的发展，现场总线基金会

在众多协议中，确定HSE 为为实现控制网络

以及互联网的集成。HSE 的工作流程为，HSE

链接设备负责网络信息传输，路径为H1 网段

信息—以太网主干—企业ERP 和管理系统。

至此，操作人员可以直接应用网络浏览器观看

工业现场运行和运作情况，特别是现场的网络

设备也可从网络中获得各种想要知道的信息。

HSE 同时具有“两大功能”，一个是网桥功能，

一个是网关功能。拥有这“两大功能”的好处

是，在通信过程中，数据传输不需要主机干预，

而是直接在不同网段的H1 设备之间进行对等

通信；HSE 主机可与所有设备及所有的H1 设

备进行通信，并使操作数据能传输到远程现场

设备，同时还可接收现场设备数据信息，实现

监控和报表功能。

2.3.2 PROFInet

Profibus 国际组织结合工业控制要求及

Profibus 的技术特点，提出了以以太网为基础

的PROFInet。它包含3 方面技术：

（1）分布式自动化系统，它以通用对象

模型(COM) 为基础；

（2）明确了Profibus 和以太网间的通信；

（3）提供了设备层和系统层，这个设备

层和系统层独立于制造商。这个特点，确保了

全部Profibus 设备及相关协议可以在PROFInet

中使用。

2.3.3 Ethernet/IP

这种协议有3 个突出特点：

（1）结构为星形拓扑结构；

（2）通过交换机点对点连接设备；

（3） 适用性强， 特别是同时适合于

10Mbps 和100Mbps 以太网产品。采用这种

协议，最终能够提高设备间互操作性，特别

是ControlNet 和DeviceNet 中都采用了相同的

CIP，这个可以方便实现非实时的信息交换。

3 工业以太网的应用

3.1 工业以太网应用的现状

随着工业的发展，以太网被广泛应用于

工业领域。最根本的原因，就是以太网拥有很

多优势，可以解决很多难题。主要有以下几种

表现：

（1）电缆被广泛使用，人们将电缆从

10BASE 一5 研发到10BASE 一2，特别是还

研究生产了10BASE—T 双绞线，使得在工业

运用中获得极强的抗干扰能力。

（2） 通信速率不断提高， 从传统的

10Mb/s，逐渐提高到100Mb/s。特别是目前，

1000Mb/s 的传输速率已经在工业各领域认可

并使用，相信在不久的将来，10Gb/s 的以太

网也会遍布工业发展的各个领域。

（3）交换技术的发展，彻底消除了控制

领域的障碍，使得多个网络设备之间通信不会

冲突。

3.2 工业以太网的应用前景

SIMATICNET 工业以太网已经被人们认

可，并被确定为一种标准网络，它满足了工业

各方面的要求。工业以太网在未来的15 年内

都被认为是工业数据通讯的潮流。可以预见：

（1）以太网技术在现场部门的使用；

（2）千兆级以太网与IT 通讯。

这两点都将在不久的将来实现。可以说，

无论在现在还是在未来，工业以太网都能够满

足工业环境下的网络通讯的用户要求。在不久

的将来，以太网的发展前景将会更显优势、实