工業以太網技術有哪些特點？

工業以太網的特點

1、實時性和確定性

隨著快速以太網與交換式以太網技術的發展，給解決以太網的非確定性問題帶來了新的鍥機，使這一應用成為可能。首先，以太網的通信速率從10M、100M增大到如今的1000M、10G，在數據吞吐景相同的情況下，通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，即網絡碰撞幾率大大下降。其次。采用星型網絡拓撲結構代替總線型結構，交換機將網絡劃分為若干個網段。以太網交換機由于具有數據存儲、轉發的功能，使各端口之間輸入和輸出的數據幀能夠得到緩沖，不再發生碰撞；同時交換機還可以對網絡上傳輸的數據進行過濾，使各個網段內節點問數據的傳輸只限在本地網段內進行，而不需經過主干網，也不占用其他網段的帶寬，從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。

再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上分別同時接收和發送報文幀，也不會發生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，同時網絡上的沖突域不復存在（全雙工通信），或碰撞幾率大大降低（半雙工），因此，以太網通信確定性和實對性大大提高。

2、穩定性和可靠性

以太網進入工藝控制領域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機和電纜等均是為商業領域設計的，商用網絡產品不能應用在有較高可靠性要求的惡劣工業現場環境中，因而需要針對較惡劣的工業現場環境（如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等）來設計工業以太網。

隨著網絡技術的發展。上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業領域應用，在極端條件下網絡也能穩定工作的問題，美國Synergetic微系統公司和德國Hirschmann、JetterAG等公司專門開發和生產了機架導軌式集線器、交換機產品，安裝在標準DIN導軌上，并由冗余電源供電，接插件采用牢固的DB29結構。現在已經出現了特別設計用于連接工業應用中具有以太網絡接口的工業設備（如plc、hmi、dcs系統等）。

此外，在實際應用中，主干網可采用光纖傳輸，現場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網段還可以采用冗余網絡技術，以此提高網絡的抗干擾能力和可靠性。

工業以太網的技術特點

1、通信確定性與實時性

工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數據準確定時刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD方式，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求，故傳統以太網技術難以滿足控制系統要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為“非確定性”的網絡。

2、安全性

在工業生產過程中，很多現場不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等，對應用于這些工業現場的智能裝置以及通信設備，都必須采取一定的防爆技術措施來保證工業現場的安全生產。

在目前技術條件下，對以太網系統采用隔爆、防爆的措施比較可行，即通過對Ethernet現場設備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現場設備本身的故障產生的點火能量不外泄，以保證系統運行的安全性。對于沒有嚴格的本安要求的非危險場合，則可以不考慮復雜的防爆措施。

但同時也引人了一系列的網絡安全向題，工業網絡可能會受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網絡安全威脅。

工業以太網在協議里都引入了safety協議的概念，可以避免黑客對網絡監聽和盜取以及信息的篡改，同時可以采用網關或防火墻等對工業網絡與外部網絡進行隔離，還可以通過權限控制、數據加密等多種安全機制加強網絡的安全管理。

3、穩定性與可靠性

傳統的Ethernet并不是為工業應用而設計的，沒有考慮工業現場環境的適應性需要。由于工業現場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對設備的工業可靠性提出了更高的要求。在工廠環境中，工業網絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性。

為了解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定工作的問題，可以采用導軌式交換機產品，安裝在標準DIN導軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構。

此外，在實際應用中，主干網可采用光纖傳輸，現場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網段還可采用冗余網絡技術，以此提高網絡的抗干擾能力和可靠性。

4、總線供電問題

總線供電（POE）是指連接到現場設備的線纜不僅傳輸數據信號，還能給現場設備提供工作電源。對于現場設備供電可以采取以下方法：

1）在目前以太網標準的基礎上適當地修改物理層的技術規范，將以太網的曼徹斯特信號調制到一個直流或低頻交流電源上，在現場設備端再將這兩路信號分離開來。

2）不改變目前物理層的結構，而通過連接電纜中的空閑線纜為現場設備提供電源。