工业以太网实时通讯技术分析

郝晓俊

（山西省公安厅信息通信处， 山西 太原 030001）

引言

工业以太网实时通讯技术是为了适应工业市场环境的多态性，提供信息传输技术的以太网标准，并以此构建专门的网络通讯技术，目的是通过使用共享的公共传输信息通道进一步提高通信效率，以达到设备通信能力的要求[1]。当然，工业以太网实时通讯是建立在现代网络计算机技术基础之上，只有在互联网开放的环境中才能创造出符合控制网络设备开发者的要求，为工业生产的发展提供便利。

1 工业以太网实时通讯技术在工业自动化中的问题

1.1 通信实时性不强

工业以太网没有得到很好的发展，其发展与采用访问控制方式息息相关。首先，由于以太网采用的是CSMA/CD介质访问控制方式，究其实质是非实时的，所以根本无法满足通信技术条件下的工业自动化要求，大大制约了工业以太网通讯技术的发展[2]。其次，工业以太网通讯技术要想在自动化领域中得到更好地发展，就必须要从实际工作出发，以工业基本设备情况为基础进行改造，但目前大部分人认为以太网缺乏底层工业网络实施经验，通信实时性不强而制约了工业自动化领域的发展。

1.2 环境适应性不高

最初以太网应用于办公环境，以此为基础，逐渐将以太网应用到工业自动化领域，但不仅缺乏实践性，同时也考验了以太网适应工业控制环境的能力。因此，想要工业以太网真正的运行起来，提高以太网的抗干扰能力、环境适应能力必不可少，尤其是着重考虑产品的辐射、振动、温湿度和强度等问题，同时考虑以太网是否与工业安装环境相契合，必须要确保所有参数都满足工业化领域的要求后方能实施以太网通讯技术，否则受自身条件限制，以太网很难达到工业自动化领域的要求[3]。

1.3 实时安全性偏低

要提高工业以太网在工业自动化领域的契合度，消除本质安全防爆问题是关键。就目前工业通信技术来看，如果直接在原有数据基础上运用以太网作为网络控制通信技术，随着高速网段问题不可避免。基于此，从实时安全性方面考虑，只有攻克以上缺陷，才能保障工业以太网的可持续发展。此外，对工业自动化而言，推进以太网通讯技术与工业自动化的结合对强化工业生产有着非常积极的作用。

2 工业以太网实时通讯技术在工业自动化中的优化

2.1 提高全集成自动化

以太网通讯技术与工业自动化领域的结合激发了工业网络的发展，一方面促进了工业生产的效率，另一方面提高了工业生产高性能网络的便捷性，同时随着全集成自动化的普及，以太网在工业生产方面的可用性越来越高。当然，任何途径都离不开网络管理，在此前提下提高全集成自动化是满足工业网络对市场需求的重要保障，为以太网实时通讯技术在工业领域的可持续发展打下坚定基础[4]。

2.2 增加快速实时响应

提高以太网的实时响应速度有利于充分发挥工业以太网通讯技术在工业自动化领域中的职能。在工业控制局域网传输过程中，以太网的实时响应度关乎于工业内部的发展，若不及时检查对内外信息的力度则达不到精准效果，计算结果也会缺乏可靠性。可见，在工业控制局域网的前提下，工业自动化控制与以太网结合具有不同的表现形式，主要有以时间随机性为主和数据定时运算为主两种，用以改善以太网通讯技术发展过程中的问题，逐渐完善工业通信对技术发展的客观准确度。如某电子企业，其传输控制主要以数据流通信为主，所以用户接收到的信号有所不同，为了提高通讯设备的传输速度而加快实时响应的速度，在TCP/IP的接收与发送基础上提高实时响应的速度，为企业设备提供传输便利。再者，如果网络系统发生故障，以太网通讯技术会迅速组织新的网络链接，保障实时响应安全性。

2.3 利用以太网交换机可以合理分割网络

与传统以太网不同的是，现代以太网利用交换机合理分割网络线形成数据通道，不再受CSMA／CD的影响。共享式集线器常用于传统以太网接收和发送数据，从共享式集线器的功能与结构来看，它作为一种物理层中继器连接所有站点并共享一个带宽，故容易产生信息流冲突。而利用以太网交换机可以避免这一现象，只要进行网络负荷测算，便能合理化。主要体现在，以太网交换机能够合理分割网络，形成可控性高的多端口形状矩阵，即每条分割线成一个端口，而端口间的信息流是隔离状态，因此不存在冲突域之说，只有在同一端口上的信息流才会发生冲突。由此可见，利用以太网交换机有利于形成多个端口多个数据通道，大大提高了网络上每个站点的带宽速度，是以太网革新的重要措施[5]。如早在2001年德国西门子公司便根据工业应用的要求发布了Profibus联合互联网技术的网络方案。而该方案核心在于交换机成为了网络中心点，并且按照接口数量连接好对应的子网与节点。结合实践来看，相比于传统工业以太网网络，该方案不但得益于数据终端较多的优势，有效避免子网错误扩散现象出现，同时可以在确保工业以太网通讯技术运用实时性情况下保证工业网络平台得以高效应用。另外，由本质层面来说，工业以太网交换机还能够迅速地重组环网设备，不但使得当前网络得以在生活实践中应用，并且在扩展上也简单高效。

2.4 引入主—从通信方式

在工业现场仪表中，主—从通信方式得到广泛应用。之所以在工业以太网中引入主—从通信管理是因为数据通信过程中数据冲突问题愈加明显，而利用主—从通信管理有利于控制网络节点上的数据通信防止冲突现象[6]。但值得注意的是，以太网能够植入主—从通信方式取决于以太网没有定义任何上层协议，基于此，才可以实现主—从通讯方式不受制于链路层协议。同时，CSMA／CD包含着竞争，但此现象在多站同时发送数据时才会发生，若实现应用层中一个主站轮询、从站响应的机制，就能完全规避竞争现象，从而使以太网成为对等的主—从网络。

3 结语

在当前我国工业迅猛发展背景之下，工业以太网实时通讯技术正凭借着自身诸多优点而备受关注与应用。在这种情况下这就要加大对其的研究力度，以此推动工业以太网实时通讯技术的大力发展，为我国工业生产作出积极贡献。