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杜品圣 菲尼克斯亞太電氣
1 前言
自從20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)XEROX公司提出了以太網(wǎng)這個(gè)新概念，首次提出采用一種傳輸媒介將Xerox打印機(jī)與數(shù)個(gè)計(jì)算機(jī)相連進(jìn)行通訊的構(gòu)思，即帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存取（CSMA/CD）的方法以后，短短的三十多年以來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，這一設(shè)想在實(shí)踐中得到了不斷的改進(jìn)，從而形成一致而又強(qiáng)大的局域網(wǎng)技術(shù)。IT的工程師們從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)采取了各種措施改進(jìn)以太網(wǎng)的技術(shù)，今天，作為物理層基礎(chǔ)的以太網(wǎng)與最廣泛的，標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議的TCP/IP的有機(jī)結(jié)合，成為了現(xiàn)代通信技術(shù)最成熟的使用方法。
圖1 Robert M. Metcalfe博士著名的草圖
以太網(wǎng)技術(shù)在辦公領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得從事自動(dòng)控制技術(shù)研究的人們自然而然想到是否也能將日益發(fā)展、日益標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)的領(lǐng)域之中來(lái)。 因此，近幾年來(lái)，在國(guó)內(nèi)的自動(dòng)控制領(lǐng)域中產(chǎn)生了一個(gè)非常熱門的話題， 即現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)之爭(zhēng)，盡管現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)近十多年來(lái)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，并且在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而隨著IT技術(shù)的不斷革新，通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，使得當(dāng)前從事自動(dòng)化技術(shù)的專業(yè)人員面臨著一個(gè)問(wèn)題：是否剛剛進(jìn)入中國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線將被以太網(wǎng)技術(shù)所代替？是否Ethernet就是現(xiàn)場(chǎng)總線的未來(lái)呢？目前為止，我們對(duì)于這個(gè)問(wèn)題還不能給予一個(gè)簡(jiǎn)單的回答，但是專家們公認(rèn)：自動(dòng)化技術(shù)中通信方式一直在發(fā)展變化，并逐漸趨向開(kāi)放和透明的系統(tǒng)解決方案。信息的連續(xù)性正在變得越來(lái)越重要。這時(shí)候引入以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會(huì)使目前所謂集中型自動(dòng)化系統(tǒng)真正成為帶有分散型智能化的網(wǎng)絡(luò)控制。以太網(wǎng)雖然不是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，是屬于局域網(wǎng)技術(shù)，主要用于辦公管理系統(tǒng)的通訊。但是由于這種通訊方法的廣泛應(yīng)用和技術(shù)的完整性，很多研究人員一直在探索如何將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域中去，以滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)通訊提出的要求。但是現(xiàn)場(chǎng)工程師們對(duì)以太網(wǎng)的了解大多來(lái)自他們對(duì)傳統(tǒng)商業(yè)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)。許多控制系統(tǒng)工程的網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)施往往由IT部門的技術(shù)人員來(lái)實(shí)施。但是，IT工程師們對(duì)于以太網(wǎng)的了解，僅僅局限于辦公自動(dòng)化商業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，不能發(fā)揮以太網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的真正的優(yōu)勢(shì)，不懂得工業(yè)控制數(shù)據(jù)傳輸對(duì)以太網(wǎng)的要求， 也不理解如何將以太網(wǎng)內(nèi)在的特殊功能用于工業(yè)的領(lǐng)域，如拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變，冗余方案，可靠性，及時(shí)性等等，從而產(chǎn)生許多不清楚的概念和想法。從根本上來(lái)講包括：
(1)對(duì)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的區(qū)別不明確；
(2)對(duì)以太網(wǎng)在辦公領(lǐng)域應(yīng)用與在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的必要條件不明確；
(3)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用的領(lǐng)域不明確；
(4)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的組態(tài)、安裝、調(diào)試的方法不了解。
正由于這些不確定的因素大大地限制了以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。正由于對(duì)于對(duì)這些概念的認(rèn)識(shí)不夠，往往在工程的實(shí)施中為了節(jié)省初期工程實(shí)施的成本，工程設(shè)計(jì)人員將簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)的模塊應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的現(xiàn)象，這給整個(gè)控制系統(tǒng)留下不穩(wěn)定因素，對(duì)今后的生產(chǎn)的可靠性帶來(lái)來(lái)不可估量的隱患。 因此，今天盡管以太網(wǎng)已在OFFICE世界得到廣泛應(yīng)用，但是在越來(lái)越多的自動(dòng)化系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)應(yīng)用基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須考慮工業(yè)應(yīng)用中對(duì)于通訊系統(tǒng)提出了許多近乎苛刻的特殊要求，如要求數(shù)據(jù)采集的確定性，實(shí)時(shí)性、在惡劣的工況下運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的方便性等。總之 在最惡劣和苛刻的條件和環(huán)境中也能操作可靠并顯示被控對(duì)象的行為，是對(duì)每個(gè)希望在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)人員和工程師的最大的挑戰(zhàn)。
目前，在國(guó)內(nèi)正在大力地推廣應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)，各種各樣的工業(yè)以太網(wǎng)的研討會(huì)、產(chǎn)品介紹會(huì)、各種類型的培訓(xùn)班層出不窮，對(duì)普及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)起了重要的作用， 使人們了解了國(guó)際工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展的趨向、工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的重要性，人們也在討論選擇工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)該考慮的因素，但是就工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的基本問(wèn)題，如工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和診斷等方面的討論卻較少。本連載將對(duì)在工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中遇到的安裝，調(diào)試和診斷的問(wèn)題作一介紹，并希望通過(guò)與讀者的互相溝通，將我們的使各行業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用水平得到提高。連載將分以下幾大部分：
(1)以太網(wǎng)技術(shù)的簡(jiǎn)介
(2)工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)實(shí)時(shí)技術(shù)的特點(diǎn)
(3)無(wú)線以太網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)
(4)工業(yè)以太網(wǎng)的安裝連接和抗干擾技術(shù)
(5)工業(yè)以太網(wǎng)的組態(tài)和調(diào)試技術(shù)
(6)工業(yè)以太網(wǎng)的安全和診斷技術(shù)
(7)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的管理功能軟件-Factory Manager
(8)工業(yè)以太網(wǎng)今后的發(fā)展方向
(9) 總結(jié)
2 以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史
以太網(wǎng)（Ethernet）這個(gè)名字來(lái)自于無(wú)線電技術(shù)。19世紀(jì)時(shí)，很多科學(xué)家認(rèn)為電磁波的傳輸需要一種媒介，這種媒介被稱為
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)