工业控制以太网协议与实现方式分析

汪 科

湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，湖南 株洲 412001



工业控制以太网协议与实现方式分析

汪 科*

湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，湖南 株洲 412001

一、工业控制解析

计算机、网络等先进设备的存在，使得当前的信息交换已经发展到一定的高度，其覆盖领域也逐渐扩大。近年来，现代化通信技术的出现，使得工业控制网络概念产生。工业控制网络是一种特殊的网络，其直接面向生产，是工业生产运行一线测量与控制信息传递的重要渠道，同时，其还会引发物质或者能量的运动与转化。故而，人们认为，工业控制必须要具有实时性、可靠性、抗干扰性等多个特殊的要素。为了保证这些特性的存在，工业控制也经过了长期的演变。从最早集中控制，到后续的分散控制，再到如今的总线现场控制。可以说，其发展完全符合工业生产的实际需求。然而，当前的现场总线技术在控制上，还存在一定的问题。这就使得其工业控制存在瑕疵，无法适应工业生产的实际需求。

二、以太网协议内涵

在网络运用过程中，为了保证其运用效果，都会以一定的规范，来限制一些操作。以太网协议其本质上就是一种技术规范，而非具体网络形式。该种规范，准确的定义了局域网中采用何种电缆类型与信号处理方法。以太网在互联设备之间的信息传递速率为10-100Mbps。目前，其已经成为局域网最为通用的通信协议标准。以太网协议可以分标准以太网、快速以太网、千兆以太网。千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，目前应用范围相对较广，且该种技术在使用中，存在价格便宜、速度快等优点，给用户带来了提高核心网络速度的体验。

图1 工业以太网通信模型图

三、工业控制以太网协议的工作原理与作用解析

在工业控制中的网络协议，其不仅仅需要具有信息传递的作用，还需要借助其信息传递的功能，来完成系统的自控。也就是说，其既是一个通信系统也是一个控制系统。在整个运用中，其需要完成数据传输，同时，还需要根据其传输的信息与指令，来执行一些控制性的行为，这些都需要多个网络节点来协调完成。因此，对于工业控制以太网协议来说，其还具有一定的开放系统的要求。上图1为工业控制以太网协议的通信模型图。在该图1中，适当的简化了ISO/OSI模型，并且，根据不同的作用，将其层次加以划分，形成高层应用层与用户层、底层数据连接层与物理层。其中，高层功能为控制性运行，其保证数据的处理与指令发出后的执行；底层的功能为信息介质，也就是传输各种信息。中间实际上，是一个交换层。

四、工业控制以太网协议的发展前景

(一)应用要求

工业以太网协议的使用，其必须要满足工业控制的几个基本需求。第一，安全性。工业生产的环境相对复杂，在人力逐渐撤去，自动化系统优化的背景下，其发生危险的可能性也相对提高。在这种状况下，形成的控制系统，必须要保证其安全性。工业以太网能够对设备、环境等多个方面进行监督，并及时的发出指令处理，安全性较高。第二，可靠性。数据传输是否正确，直接影响着设备的操作与控制指令是否正确。在传统网络协议中，其技术规范欠缺，很容易使得信号受到影响，从而导致其传递出不正确的信息，自然运行可靠性无法保证。第三，环境适应性。以太网协议其作为一种技术规范，其实际上还是需要一定的设备来帮助完成，而工业环境过于复杂，可能会对设备造成一定的损害。因此，在设备的制作上，必须要符合使用环境。另外，部分工业生产，还会对信号产生影响，这也需要设备优化来进行调整。第四，安装便捷。工业生产其本质上也是盈利行为，其必须要考虑成本问题。如果安装过于复杂，其可能会提高时间成本与经济成本。

(二)发展前景

工业控制系统是实现自动化生产的关键，也是推动现代工业实现的重要途径。从本质上来说，工业控制系统将随着信息技术的发展进入网络化、自动化。但是，其在实践上，或多或少都会存在障碍。尤其是信号准确性的保证与抗干扰的强度，是其使用中最重要的影响因素。以太网协议其能够有效地提高信息传输的准确性与效率，且安装与维护便捷，降低了工业生产成本，安全性较好，从这些因素上看来，其十分符合现代工业的发展需求。故而，在未来的发展中，其将更加完善。目前，有相关文献指出日后的以太网将会逐渐垄断通信市场，无论是商业计算机网络通信还是工业控制系统，都将受到限制，其必将成为现场总线技术的基础协议。

五、小结

工业生产现代化要求工业控制不断优化，引入更为先进的技术。以太网协议作为一种局域网协议，其能够有效地提高通信的安全性与可靠性，从而保证工业控制的实时性与准确性。从这点来说，以太网协议的应用，能够推动工业的整体发展。但是，在其运用中，不仅需要技术的调整，也需要设备的配合。因此，不同的工业类型，也需要做出具体的改变。希望以太网协议在实际应用中，其能够真正实现相融统一一网到底，保证工业控制系统的作用发挥。

[1]庄晓燕，周森鑫.工业控制以太网协议实现研究[J].计算机技术与发展，2009，12：243-247.

[2]邓昌建.工业以太网通讯协议和接口技术研究[D].电子科技大学，2005.

[3]邹航宇.工业以太网冗余协议研究[D].上海交通大学，2013.

[4]刘泽.伺服控制系统以太网接口的应用研究[D].中国科学院研究生院(光电技术研究所)，2016.

汪科(1978-)，男，湖北武汉人，硕士，湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，讲师，研究方向：电气工程。

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