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那么，怎么理解“工业现场的需要”呢？我们来看两个例子：
日前，广东省气象和环境监测局提出将搭建一个网络监控环境，用于监控排放污染。具体的方案是在各个排污口放一些摄像头和负责污染指标测量的传感器，实时地收集当地污水的排放量、流量、温度等各种各样的环境检测指标。然后整个系统通过基于Web架构开发的分析软件进行简单的数据整理，生成的系统表格通过网络传输到总部的数据中心，从而建立一套覆盖全程的网络监控系统。
另一个例子来自通用汽车（巴西）公司。2006年，该公司实施了工业以太网解决方案。基于工业级交换机的新型基础架构，为巴西通用打造了一个集数据、音频及多媒体服务为一体的智能网络。可以整合有关汽车制造的所有程序，在一个统一综合的网络平台上进行生产开发、装配、销售及物流。
这两个例子可以让我们更好地理解“工业环境”的特殊内涵。应用于工业环境的网络必须具备远程、智能、实时控制和对恶劣工业环境的适应等一系列的性能。
通常情况下，人们习惯将工厂中的应用划分为信息层、控制层和现场层，而工业以太网正是基于网络技术，实现企业从现场控制层到管理层“一网到底”的无缝信息集成。
进入“现场”的力量
和工业现场的苛刻要求相比，以太网被认为是一种“非确定性”的网络，这种不确定性首先体现在其介质访问控制（MAC）层协议采用带碰撞检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）方式。当网络流量较大时，网络的稳定性不能满足工业控制的实时性要求；另外，以太网所使用的接插件、集线器、交换机和电缆等也主要是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境要求；在工厂环境中，以太网的抗干扰（EMI）性能较差，应用于危险场合时，不具备本质安全性能；而且以太网不能通过信号线向现场设备供电，这使其在“现场”中只能被应用在有限的范围之内。
但一份来自ARC(Automation Research Company)的研究报告却对这种观点提出了挑战，该报告预测，今后Ethernet和TCP/IP技术将成为器件总线和现场总线的基础协议。
这份针对工业以太网市场提供的报告称，2004～2009年间，工业以太网市场的平均年复合增长率将高达51.4%。工业以太网交换机的年复合增长率将达到49.9%，到2009年，这个市场的总规模将达到9.398亿美元。报告得出结论说，以太网技术正在加速进入每一个工业应用环境。
通过分析可以看到，5个技术优势成为以太网进入工业“现场”的关键动力：首先，以太网的高数据传输速率（包括百兆、千兆以太网）能够为工业控制网络应用提供足够的带宽；第二，由于具有统一的通信协议，以太网和TCP/IP很容易集成到企业的IT系
统，为协同管理和业务集成提供了便利；第三，是在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；第四，在整个网络中，运用了交
互式和开放的数据存取技术；最后，以太网允许使用不同的物理介质，构成不同的拓扑结构，因此，具有更好的环境适应性和组网灵活性。
“边缘”工程
高性能计算、新型数据中心、海量数据处理等高端应用是以太网发展的原动力，与之相比，工业以太网的技术属于边缘层面。举例来说，目前，10/100M的快速以太网已开始广泛应用在办公和企业管理方面，而10G以太网技术也逐渐成熟，面向更高应用需求的100G标准已在酝酿之中，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s。显然，在传输速率上，以太网要比总线技术快得多，但与数据以太网依赖于技术提升的发展模式不同，工业以太网是一个需要全面配合的系统“工程”。
通信兼顾确定性与实时性
工业控制应用在工业设备的工作流程中，因此，其控制作用必须实时地体现
到工作流的每一个控制点上，这就要求网络的信号传输要足够快，以满足信号的实时性。实时控制往往要求对某些变量的数据进行准确定时地刷新，快速以太网与交
换技术是解决这一问题的关键。当前以太网的通信速率已经从10M、100M增大到10G，
在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小。其次，工业以太网采用星型网络拓扑结构将网络划分为若干个网段。交
换机由于具有数据存储、转发的功能，可以使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲。同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段内节点间数
据的传输只限在本地网段内进行，而不须经过主干网，也不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。以太网交换的全双工通信使得端口间两
对双绞线上分别同时接收和发送报文帧，不会发生冲突。因此，采用交换机和全双工通信，可使网络上的冲突域不复存在，因此，使通信确定性和实时性有效提高。
稳定性与可靠性
传统以太网没有考虑对工业现场恶劣环境的适应性需要。由于工业现场的机
械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此，网络设备在工厂环境中必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。为了解决在不间断的工业应用领域和在极端条件下网
络能稳定工作的问题，一些公司专门开发和生产了工业以太网交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并提供冗余电源供电。（DIN是德国工业标准，使用导轨是工业电气元件的一种安装方式，安装支持此标准的电气元件可方便地卡在导轨上而无需用螺丝固定，维护也很方便）
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m65 发表于 2008/9/27 16:05:38
2楼 回复本楼应用层封装
Schneider Electric推出的“透明工厂”是工业以太网“封装”技术的典型应用，其核心是Ethernet和TCP/IP，封装有Modbus协议的Modbus TCP/IP模块应用于Memetum PLC。
Ethernet/IP协议要求在发送CIP(Control and Information Protocol，控制和信息协议)数据包以前必须对其进行封装，CIP数据包给定一个报文首部(header)，该首部的内容取决于所请求的服务属性。通过以太网连接的CIP数据包包括一个专用的以太网首部、一个IP首部、一个TCP首部和一个封装首部。允许CIP数据通过TCP或UDP传送并确保在接收方进行解码。
另一种解决方案是在现场总线的上层运行或封装TCP/IP。其以太网策略是将TCP/IP报文分割为若干个小型数据包并封装在Interbus的参数通道进行传输，其总和帧协议仍保持不变。这些被分割的数据包将在接收方重新装配，从而恢复为原来的TCP/IP报文。封装方案的缺点是协议的效率低，以太网的首部比用户数据大得多，从而大幅度地增加开销，因此，封装方案只适用于发送大容量的数据信息。
代理服务器
代理服务器的主要目标是将标准现场总线网络集成到工业以太网网络，其主要优点是现有的现场总线设备在今后仍能长期使用，从而保护用户的投资。支持这种观点的是由Profibus国际组织发布的PROFINET，它包含两个概念，即开放的、面向对象的运行期(Runtime)概念和独立于制造商的工程概念。适合于高实时性能要求的应用领域，并支持在单个工厂范围集成不同制造商的产品。
网络就是控制器
德国Jetter AG基于100M以太网的分布式智能控制系统，强调“网络就是控制器”的观点。其特点是类似Internet的
结构，对数据的实时传输不需要编程，不需要考虑网络的层次结构。对用户来说，只有一组数据和一个程序，所有数据在网络中只需表达一次，程序和数据均可以重
复使用，网络则扮演真正服务器的作用。从传感器到工厂管理层，只有一条以太网总线进行直接通信，可连接到以太网，实现整个工厂全球化联网。而以太网既是连
接到各种智能模块的系统总线，又是连接现场设备的现场总线，内部和外部的通信在此没有什么区别。集线器技术被集成在每个控制器中，通过分配地址空间将内部
通信从外部通信中分离出来。现场的生产安全
工业以太网将企业传统的三层网络系统：信息管理层、过程监控层、现场设
备层合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并可与互联网无缝集成，实现数据共享。但作为以太网，它不可避免地面临安全问题的困扰，如病毒、黑客与
非法操作等。一般情况下，采用网关或防火墙等实现工业网络与外部网络隔离，或通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络的安全管理。而对于工业现场环境可能存在高温、低温、冗余电源供电、防尘等需求，为使以太网适应在各种极端条件下工作，美国Synergetic微系统公司和德国Hirschmann、Phoenix Contact、Jetter AG等公司专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并配有冗余供电。在实际应用中，主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对重要的网段还可采用冗余网络技术，以提高网络的抗干扰能力和可靠性。
另外，在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒的气体。应用于这些场合的以太网设备都必须采用一定的防爆措施。
工业以太网供电
IEEE 802.3af标准定义了安全、可靠的以太网供电(PoE，Power over Ethernet)技术，从而大大简化了布线。在工业以太网PoE系统中，供电设备PSE(Power Sourcing Equipment)分为两种类型：一种为“Endpoint PSE”，另一种为“Mid-span PSE”。Endpoint PSE是指支持PoE的以太网交换机等网络设备，通过信号线对将标称48V的DC电源提供给受电设备。Mid-span PSE是用来将以太网供电功能添加到现有网络的一种设备。根据VDC针对PoE全球市场发展机遇的报告分析，PoE PSE（供电设备，power sourcing equipment）在2008年的复合年增长率将达到33%。
与总线并存
虽然工业以太网在一些行业的应用上已经真正实现了一网到底，但对于另一
些行业，现场总线和工业以太网将会并存多年。现场总线和工业以太网是当前工业控制应用中普遍采用的两个技术。虽然多种现场总线技术之间存在互不兼容，不同
公司的控制器之间不能实现高速实时数据传输，以及信息网络存在协议上的鸿沟等导致的“自动化孤岛”等问题。但在控制网络中，网络故障的快速恢复、本质安全
等问题依然是制约以太网全面应用的主要障碍。因此，一般在设备层仍然广泛地采用了现场总线技术，而工业以太网应用主要集中在制造执行层与设备层之间。这样
既减少了用户的投资风险，又保护了用户的已有设备和技术投资。可以预计，现场总线与工业以太网混存的状态还会持续相当长的时间。不过，可以肯定的是，以太
网已经成为工业现场不可逆转的“存在”。相关链接
工业以太网设备选购标准
■ 适应能力
产品能否适应工业控制场所环境，如粉尘、温度、污染、电磁干扰以及灵活多样的安装形式。
■ 可靠性
通信过程中数据传输的实时性、有效性和容错能力。
■ 兼容性
与其他厂家或通用以太网设备之间能否实现数据通信。
■ 安全性
要充分考虑网络系统的安全，增加防护措施。
■ 实时监控
由于负荷对系统的可靠和安全影响很大，因而对其进行实时监控就十分重要。
引用 m65 2008/9/27 16:05:38 发表于2楼的内容
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