當(dāng)前，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)控制領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，多家自動(dòng)化公司推出了自己的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。與傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、為所有的編程語(yǔ)言所支持、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、可實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，特別是與IT的無(wú)縫集成以及傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法比擬的傳輸帶寬，以太網(wǎng)得到了工業(yè)界的認(rèn)可。

為了給工業(yè)以太網(wǎng)的廠商、工業(yè)控制領(lǐng)域的工程師、開(kāi)發(fā)人員和相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)造一個(gè)高水平的交流平臺(tái)，分享以太網(wǎng)技術(shù)的最新研究、應(yīng)用成果和解決方案，8月21日，CONTROL ENGINEERING China主辦了2007工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展與應(yīng)用論壇。本次論壇是由菲尼克斯電氣協(xié)辦，同時(shí)得到了海得控制系統(tǒng)股份有限公司、MOXA公司的大力贊助，以及西門(mén)子（中國(guó)）有限公司、萬(wàn)可電子（天津）有限公司、北京東土科技股份有限公司的支持。有超過(guò)350名工程師、研發(fā)人員和專(zhuān)家學(xué)者參加了此次論壇，根據(jù)調(diào)查顯示，他們分別來(lái)自機(jī)械制造、鋼鐵、石化、水處理、交通、汽車(chē)、造船、城市基礎(chǔ)設(shè)施等不同行業(yè)，既有大量的工業(yè)以太網(wǎng)的最終用戶(hù)，也有集成商、供應(yīng)商和關(guān)注以太網(wǎng)技術(shù)的學(xué)者。CONTROL ENGINEERING China的副出版人商琪女士以及菲尼克斯電氣中國(guó)公司電子接口與自動(dòng)化部繆競(jìng)紅經(jīng)理為論壇致辭，論壇邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)外來(lái)自工業(yè)界、咨詢(xún)機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)界的多名專(zhuān)家，進(jìn)行了多場(chǎng)精彩的演講，觀眾也提出了很多問(wèn)題和自己的見(jiàn)解。論壇現(xiàn)場(chǎng)氣氛熱烈，參會(huì)人員都獲得了巨大收獲。

工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)迅猛發(fā)展

首先，全球工控領(lǐng)域權(quán)威的咨詢(xún)公司ARC集團(tuán)的中國(guó)代表處業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理周斌先生，站在第三方研究機(jī)構(gòu)的角度，論述了工業(yè)以太網(wǎng)近年來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r及未來(lái)的前景。根據(jù)周先生的演講，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)仍然是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主流，但是工業(yè)以太網(wǎng)正在以相當(dāng)可觀的、每年40％－50％的速度可持續(xù)的發(fā)展和普及，迅速的從企業(yè)管理層滲透到現(xiàn)場(chǎng)裝置層。幾乎所有的以太網(wǎng)協(xié)議，無(wú)論是Profinet，DeviceNet，CANOpen還是CC-Link，增長(zhǎng)的百分比都達(dá)到了兩位數(shù)以上。ARC預(yù)測(cè)，到2011年，工業(yè)以太網(wǎng)的市場(chǎng)可以達(dá)到13億美元。以太網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IP功能、全球信息獲取功能、離散模塊自動(dòng)化，都給使用的企業(yè)創(chuàng)造了富有戰(zhàn)略意義的價(jià)值。

ARC對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)的使用做了深入的研究，其中一項(xiàng)即將發(fā)布的研究，數(shù)據(jù)來(lái)自?xún)砂偌胰蚱髽I(yè)。研究表明，工業(yè)以太網(wǎng)在當(dāng)前的各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，包括過(guò)程和離散制造業(yè)，都有著應(yīng)用，而主要的用途是遠(yuǎn)程控制、設(shè)備配置和維護(hù)。談到以太網(wǎng)選型問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)工廠的工程師和集成商具有相當(dāng)大的影響力，而對(duì)于選擇交換機(jī)，則是IT人員有絕對(duì)的話(huà)語(yǔ)權(quán)。另外一個(gè)方面，周先生提到了抑制以太網(wǎng)技術(shù)普及的一些因素，比如總安裝成本、線(xiàn)纜和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工業(yè)環(huán)境以及對(duì)操作員知識(shí)水平的要求等等。ARC的研究顯示出，在很多的企業(yè)（55％）辦公室網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)仍然是分開(kāi)的，29％的企業(yè)做的是邏輯上隔離，近期這個(gè)趨勢(shì)也還將維持下去。同時(shí)，近些年來(lái)，工業(yè)以太網(wǎng)陣營(yíng)本身也在隨時(shí)發(fā)生著變化，例如菲尼克斯加入Profinet、施耐德電氣加入ODVA陣營(yíng)等等，哪個(gè)陣營(yíng)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中取得領(lǐng)先，人們還在拭目以待。

CONTROL ENGINEERING China對(duì)于本次論壇的參會(huì)嘉賓的調(diào)查，也同樣顯示了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)正在日益受到企業(yè)和工程師們的關(guān)注。這項(xiàng)調(diào)查總計(jì)收到了149個(gè)有效回復(fù)，其中54.9％的受訪者所在的企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用工業(yè)以太網(wǎng)，另有35.4％的受訪者表示所在企業(yè)正在計(jì)劃使用工業(yè)以太網(wǎng)，超過(guò)九成的受訪者都對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)表示了濃厚的興趣。除此之外，這項(xiàng)調(diào)查還包括了下列關(guān)鍵問(wèn)題：

哪些原因促使采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)：71名受訪者認(rèn)為是其開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，62名受訪者認(rèn)為是高網(wǎng)速，59個(gè)人則選擇了低維護(hù)成本（見(jiàn)圖1）。這說(shuō)明用戶(hù)對(duì)于以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)認(rèn)識(shí)十分清楚。

正在使用或者打算使用的以太網(wǎng)類(lèi)型：選擇Ethernet/IP的人數(shù)最多，有68位；其次是Profinet，有60位（見(jiàn)圖2）。這兩種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型領(lǐng)先的原因，應(yīng)該在于相關(guān)廠商不遺余力的推高和可靠的性能。

哪些特性對(duì)于選擇以太網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)最為重要：大多數(shù)受訪者都認(rèn)為兼容性（91位）和安全保密（90位）是非常重要的（見(jiàn)圖3）。兼容性是以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，而安全保密則是越來(lái)越受到企業(yè)的關(guān)注。

工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)將在哪些領(lǐng)域：可視化檢測(cè)（78位）和遠(yuǎn)程維護(hù)（76位）特別收到了重視（見(jiàn)圖4）。另外的一些選項(xiàng)，諸如無(wú)線(xiàn)檢測(cè)和控制、工廠主干網(wǎng)等等，同樣得到了青睞，說(shuō)明以太網(wǎng)技術(shù)正處在高速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)于它的廣闊前景充滿(mǎn)了期待。

全面的以太網(wǎng)產(chǎn)品和解決方案

作為工業(yè)以太網(wǎng)的領(lǐng)先供應(yīng)商，來(lái)自企業(yè)的幾位演講嘉賓分別從各自的角度，展示了全面的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。首先登場(chǎng)的，是菲尼克斯電氣集團(tuán)自動(dòng)化海外銷(xiāo)售經(jīng)理Ingolf Sieslack先生，他從工業(yè)以太網(wǎng)的歷史和發(fā)展趨勢(shì)切入，介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的離散的概念、冗余技術(shù)。他指出，工業(yè)以太網(wǎng)必須能夠在下列工業(yè)環(huán)境中正常運(yùn)行：溫度-40°C到+60°C，強(qiáng)電磁干擾、高強(qiáng)度振動(dòng)和沖擊、離散通訊結(jié)構(gòu)；同時(shí)，還要安全保密并且節(jié)約成本。以太網(wǎng)的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足RSTP 802.1w標(biāo)準(zhǔn)，與辦公室網(wǎng)絡(luò)兼容，菲尼克斯的冗余環(huán)最大支持57個(gè)交換機(jī)、最大1000個(gè)終端設(shè)備，自愈時(shí)間100ms-500ms。接下來(lái)，Sieslack先生介紹了基于以太網(wǎng)的PLC診斷和監(jiān)測(cè)，它使用IEEE 802.1ab協(xié)議，可以用來(lái)診斷和改正錯(cuò)誤位置、改進(jìn)項(xiàng)目計(jì)劃以及設(shè)備更新。千兆以太網(wǎng)技術(shù)也出現(xiàn)在Sieslack先生的演講中，這項(xiàng)技術(shù)可以用于構(gòu)建更快的系統(tǒng)和主干網(wǎng)?；诖?，菲尼克斯電氣中國(guó)公司自動(dòng)化服務(wù)中心的高級(jí)講師吳勇志先生，介紹了菲尼克斯電器的以太網(wǎng)產(chǎn)品的應(yīng)用和配置。菲尼克斯提供全系列的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品，包括：MMS系列模塊化、MCS系列緊湊型、LM系列寬溫型管理交換機(jī)、FL SWT網(wǎng)絡(luò)管理軟件、FL系列增強(qiáng)型、SF系列標(biāo)準(zhǔn)型、SFN系列超薄型交換機(jī)、以及各種集線(xiàn)器、安裝工具和附件。另外，菲尼克斯還提供基于以太網(wǎng)協(xié)議的無(wú)線(xiàn)解決方案，包括：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、藍(lán)牙接入點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)MUX和無(wú)線(xiàn)IO。

來(lái)自西門(mén)子（中國(guó)）有限公司的江傳輝先生，介紹了Profinet工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。Profinet使用TCP/IP協(xié)議，已成為國(guó)家指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)（GB/Z 20541-2006），它具有與IT相同的通訊結(jié)構(gòu)和快速的響應(yīng)時(shí)間，遵從IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式，通過(guò)實(shí)時(shí)預(yù)處理實(shí)現(xiàn)高性能，通過(guò)帶寬分配和工程分段實(shí)現(xiàn)等時(shí)同步數(shù)據(jù)通訊，通訊周期時(shí)間達(dá)到<<1ms，抖動(dòng)誤差<1μs。通過(guò)Profinet，控制周期的同步可以達(dá)到總線(xiàn)周期水平，控制環(huán)閉合，并且可以等時(shí)同步獲得設(shè)備的精確位置值。

MOXA集團(tuán)的馬鋒先生和萬(wàn)可電子（天津）有限公司的陳崗先生，也分別介紹了各自公司推出的以太網(wǎng)產(chǎn)品。馬鋒先生首先指出，環(huán)形以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高冗余能力、低布線(xiàn)成本以及系統(tǒng)維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，然后介紹了MOXA新近推出Turbo Ring網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的優(yōu)勢(shì)在于：一、速度：200臺(tái)設(shè)備滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)回復(fù)時(shí)間小于20ms；二、彈性：可以自由搭配MOXA全系列網(wǎng)管型交換器、自由挑選Ring Port和線(xiàn)材、自由指定冗余線(xiàn)路；三、使用便利，具有多樣便利的軟件設(shè)置方式、DIP設(shè)置方便現(xiàn)場(chǎng)施工人員。而根據(jù)陳崗先生的演講，萬(wàn)可生產(chǎn)17種總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)控制器/適配器產(chǎn)品，包括支持MODBUS/TCP/UDP的工業(yè)以太網(wǎng)適配器750―342、控制器750－842，另外支持Ethernet/IP的控制器750－841和適配器750－341，支持Profinet的控制器750－340，符合SERCOS III V.1.20協(xié)議和SERCOS-safety協(xié)議的以太網(wǎng)適配器750－351，支持Powerlink的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)適配器750－350以及各種工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)758－801/806/802/803等等。

由上可見(jiàn)，工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)品靈活多樣、種類(lèi)層出不窮，用戶(hù)選擇的余地很大。

工業(yè)以太網(wǎng)的安全和性能分析

CONTROL ENGINEERING China為本次論壇特意邀請(qǐng)了兩位來(lái)自美國(guó)密歇根大學(xué)的科學(xué)家和教授，他們都是國(guó)際工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的專(zhuān)家。其中，James Moyne博士的演講題目是網(wǎng)絡(luò)的比較策略：控制、診斷和安全，這是基于密歇根大學(xué)可重置制造系統(tǒng)工程研究中心（ERC-RMS）的研究。研究關(guān)注以太網(wǎng)的三個(gè)功能領(lǐng)域：控制、診斷和安全，探索了以太網(wǎng)在工廠中提供實(shí)時(shí)性的能力，因?yàn)檫@與上述三個(gè)方面的能力都息息相關(guān)。密歇根大學(xué)的研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)模擬器，它模擬出完美的實(shí)時(shí)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求。研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的要求，控制功能、診斷功能和安全功能，可以集成在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中，或者分割在兩個(gè)或者三個(gè)網(wǎng)絡(luò)里。而成本則取決于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。Moyne教授還指出，將診斷信息融入安全系統(tǒng)，是改進(jìn)安全解決方案的一個(gè)全新的發(fā)展方向。

另外一位是Dawn Tilbury教授，她關(guān)注于工業(yè)以太網(wǎng)在基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)中應(yīng)用的性能分析。她的研究開(kāi)始于注意到工程師在評(píng)估以太網(wǎng)性能時(shí)面臨的窘境，使用的方法是實(shí)驗(yàn)分析。Tilbury教授認(rèn)為考慮使用以太網(wǎng)I/O的一個(gè)關(guān)鍵因素在于終端對(duì)終端的表現(xiàn)，不僅要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲，還要考慮軟件延遲；不僅要僅僅考慮延遲，還要考慮不同次延遲之間的差異。諸如運(yùn)動(dòng)控制之類(lèi)的高速以太網(wǎng)I/O應(yīng)用，需要實(shí)時(shí)協(xié)議（IEEE 1588）以及能夠提高協(xié)同實(shí)時(shí)性和時(shí)間戳記的控制方法。

赫思曼電子（上海）有限公司郝培先生的演講，也著眼于工業(yè)以太網(wǎng)的安全性、完整性和實(shí)時(shí)性。他指出以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性是相互影響的，并列舉了提高可靠性的冗余技術(shù)：HIPER-Ring、鏈路聚合、網(wǎng)絡(luò)耦合以及赫思曼工業(yè)路由冗余協(xié)議－HiRRP。接下來(lái)，郝培提到了以太網(wǎng)典型的安全威脅：在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)被截獲或讀取、黑客連入通信并偷聽(tīng)或使用數(shù)據(jù)、可用性攻擊、病毒攻擊等等，以及實(shí)現(xiàn)安全性的種種手段：VLAN、對(duì)交換機(jī)網(wǎng)管的訪問(wèn)控制、防火墻、安全認(rèn)證、病毒防護(hù)等。對(duì)于實(shí)時(shí)性，研究列舉了四大標(biāo)準(zhǔn)：響應(yīng)時(shí)間、抖動(dòng)、同步性和吞吐量，并指出這是以太網(wǎng)達(dá)到確定性的必然要求。