但是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種商用網(wǎng)絡,要應用到工業(yè)控制中還存在一些問題,主要有以下幾個方面。
1、存在實時性差,不確定性的問題
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了csma/cd的介質訪問控制機制,各個節(jié)點采用beb(binary exponential back-off)算法處理沖突,具有排隊延遲不確定的缺陷,每個網(wǎng)絡節(jié)點要通過競爭來取得信息包的發(fā)送權。通信時節(jié)點監(jiān)聽信道,只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時,才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開始發(fā)送后,還需要檢查是否發(fā)生碰撞,信息如發(fā)生碰撞,需退出重發(fā),因此無法保證確定的排隊延遲和通信響應確定性,不能滿足工業(yè)過程控制在實時性上的要求,甚至在通信繁忙時,還存在信息丟失的危險,從而限制了它在工業(yè)控制中的應用。
2、工業(yè)可靠性問題
以太網(wǎng)是以辦公自動化為目標設計的,并沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應性需要,如超高或超低的工作溫度,大電機或其他大功率設備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強電磁噪聲等。以太網(wǎng)如在車間底層應用,必須要解決可靠性的問題。
3、以太網(wǎng)不提供電源,必須有額外的供電電纜
工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡不僅能傳輸通信信息,而且要能夠為現(xiàn)場設備傳輸工作供給電源。這主要是從線纜鋪設和維護方便考慮,同時總線供電還能減少線纜,降低布線成本。
4、以太網(wǎng)不是本質安全系統(tǒng)
5、安全性問題
以太網(wǎng)由于使用了tcp/ip協(xié)議,因此可能會受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡安全威脅。沒有授權的用戶可能進入網(wǎng)絡的控制層或管理層,造成安全漏洞。對此,一般可采用用戶密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機制加強網(wǎng)絡的安全管理,但針對工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡安全問題的解決方案還需要認真研究。
6、 現(xiàn)存的控制網(wǎng)絡與新建以太控制網(wǎng)絡的集成問題
上述這些問題中,實時性、確定性及可靠性問題是長期阻礙以太網(wǎng)進入工業(yè)控制領域的主要障礙。為了解決這一問題,人們提出了工業(yè)以太網(wǎng)的解決辦法。
7、工業(yè)以太網(wǎng)
一般來講,工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)應用環(huán)境設計的標準以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)在技術上與商用以太網(wǎng)(即ieee802.3標準)兼容,工業(yè)以太網(wǎng)和標準以太網(wǎng)的異同可以比之與工業(yè)控制計算機和商用計算機的異同。以太網(wǎng)要滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,需達到以下幾個方面的要求。
(1) 適應性
包括機械特性(耐振動、耐沖擊)、環(huán)境特性(工作溫度要求為-40~+85℃,并耐腐蝕、防塵、防水)、電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性emc應符合en50081-2、en50082-2標準。
(2) 可靠性
由于工業(yè)控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣,對工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的可靠性也提出了更高的要求。
(3) 本質安全與安全防爆技術
對應用于存在易燃、易爆與有毒等氣體的工業(yè)現(xiàn)場的智能裝備以及通信設備,都必須采取一定的防爆措施來保證工業(yè)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)?,F(xiàn)場設備的防爆技術包括隔爆型(如增安、氣密、澆封等)和本質安全型兩類。與隔爆型技術相比,本質安全技術采取抑制點火源能量作為防爆手段,可以帶來以下技術和經(jīng)濟上的優(yōu)點:結構簡單、體積小、重量輕、造價低;可在帶電情況下進行維護和更換;安全可靠性高;適用范圍廣。實現(xiàn)本質安全的關鍵技術為低功耗技術和本安防爆技術。由于目前以太網(wǎng)收發(fā)器本身的功耗都比較大,一般都在六七十ma(5v工作電源),因此低功耗的現(xiàn)場設備(如工業(yè)現(xiàn)場以太網(wǎng)交換機、傳輸媒體以及基于以太網(wǎng)的變送器和執(zhí)行機構等)設計難以實現(xiàn)。因此,在目前的技術條件下,對以太網(wǎng)系統(tǒng)采用隔爆防爆的措施比較可行。另一方面,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。
(4) 安裝方便,適應工業(yè)環(huán)境的安裝要求,如采用din導軌安裝。