以太網(wǎng)應(yīng)用于控制時(shí)存在的問(wèn)題和工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

發(fā)布時(shí)間:2023-08-21
但是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種商用網(wǎng)絡(luò),要應(yīng)用到工業(yè)控制中還存在一些問(wèn)題,主要有以下幾個(gè)方面。
1、存在實(shí)時(shí)性差,不確定性的問(wèn)題
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了csma/cd的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制機(jī)制,各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用beb(binary exponential back-off)算法處理沖突,具有排隊(duì)延遲不確定的缺陷,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)取得信息包的發(fā)送權(quán)。通信時(shí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)信道,只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí),才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開(kāi)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(wú)法保證確定的排隊(duì)延遲和通信響應(yīng)確定性,不能滿(mǎn)足工業(yè)過(guò)程控制在實(shí)時(shí)性上的要求,甚至在通信繁忙時(shí),還存在信息丟失的危險(xiǎn),從而限制了它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。
2、工業(yè)可靠性問(wèn)題
以太網(wǎng)是以辦公自動(dòng)化為目標(biāo)設(shè)計(jì)的,并沒(méi)有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性需要,如超高或超低的工作溫度,大電機(jī)或其他大功率設(shè)備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強(qiáng)電磁噪聲等。以太網(wǎng)如在車(chē)間底層應(yīng)用,必須要解決可靠性的問(wèn)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(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息,而且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸工作供給電源。這主要是從線(xiàn)纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮,同時(shí)總線(xiàn)供電還能減少線(xiàn)纜,降低布線(xiàn)成本。
4、以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)
5、安全性問(wèn)題
以太網(wǎng)由于使用了tcp/ip協(xié)議,因此可能會(huì)受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。沒(méi)有授權(quán)的用戶(hù)可能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的控制層或管理層,造成安全漏洞。對(duì)此,一般可采用用戶(hù)密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理,但針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的解決方案還需要認(rèn)真研究。
6、 現(xiàn)存的控制網(wǎng)絡(luò)與新建以太控制網(wǎng)絡(luò)的集成問(wèn)題
上述這些問(wèn)題中,實(shí)時(shí)性、確定性及可靠性問(wèn)題是長(zhǎng)期阻礙以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的主要障礙。為了解決這一問(wèn)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(lái)講,工業(yè)以太網(wǎng)是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即ieee802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容,工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同可以比之與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和商用計(jì)算機(jī)的異同。以太網(wǎng)要滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要,需達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求。
(1) 適應(yīng)性
包括機(jī)械特性(耐振動(dòng)、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(yīng)性或電磁兼容性emc應(yīng)符合en50081-2、en50082-2標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 可靠性
由于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣,對(duì)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(zhì)安全與安全防爆技術(shù)
對(duì)應(yīng)用于存在易燃、易爆與有毒等氣體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能裝備以及通信設(shè)備,都必須采取一定的防爆措施來(lái)保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)?,F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防爆技術(shù)包括隔爆型(如增安、氣密、澆封等)和本質(zhì)安全型兩類(lèi)。與隔爆型技術(shù)相比,本質(zhì)安全技術(shù)采取抑制點(diǎn)火源能量作為防爆手段,可以帶來(lái)以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、造價(jià)低;可在帶電情況下進(jìn)行維護(hù)和更換;安全可靠性高;適用范圍廣。實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的關(guān)鍵技術(shù)為低功耗技術(shù)和本安防爆技術(shù)。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(chǎng)設(shè)備(如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)、傳輸媒體以及基于以太網(wǎng)的變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。因此,在目前的技術(shù)條件下,對(duì)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(duì)于沒(méi)有嚴(yán)格的本安要求的非危險(xiǎn)場(chǎng)合,則可以不考慮復(fù)雜的防爆措施。
(4) 安裝方便,適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的安裝要求,如采用din導(dǎo)軌安裝。
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