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　　1、前言

　　以互聯網為基礎的信息化社會，對于我們已經不是遙不可及，我們已是身臨其境。現在我們已經很難想想失去網絡和電腦后，工作、生活會變成什么樣。同樣信息化的浪潮也大大改變了生產、制造業的內涵。從最初的單片機的使用到DCS、PLC的普及，從單臺設備的自動控制到整個生產線、整個工廠的信息化，這場變革正在我們的身邊改變著工廠的內涵。黨的十六大明確提出我國要走“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”的工業發展道路，因為它可極大的提升企業的競爭力。

　　本文主要介紹工業以太網在信息化工廠中所起的作用。我們先來看看“信息化工廠”的定義：信息化工廠是指在工廠的生產、管理、經營過程中，通過信息基礎設施，在集成平臺上，實現信息的采集(傳感器及儀器儀表)、信息的傳輸(通信)、信息的處理(計算機)以及信息的綜合應用(自動化、管理、經營等功能)等都是信息化的內容。工業以太網絡就是生產中自動化控制的神經網絡，負責工業現場與管理、經營層之間的數據傳輸。

　　ERP、MIS、DCS、SCADA和PLC的使用，對于生產型企業起到減少內耗、增加活力，提高對市場的反應能力，提高工作效率的作用。已經逐漸成為企業管理、經營、生產不可缺少的部分。這里我不去討論ERP的運用與否對于企業來說，是促進還是自找麻煩。我只是想說：信息化對于企業的發展壯大是必要的，是大勢所趨。國內許多企業已經通過信息化來大大提升了企業的效率。

　　2、信息化工廠的網絡構成

　　ERP、MIS面向企業管理信息化。是企業管理、運營的信息化，處于整個信息系統的頂部。DCS、SCADA和PLC是企業生產的信息化，是生產中的控制系統，控制著自動化生產過程中的每一個環節，同時也是生產現場的數據采集系統。而工業以太網就是生產控制系統的主要數據傳輸網絡。

　　圖1 信息處理示意圖

　　圖2 網絡示意圖

　　信息處理系統大都基于網絡和數據庫技術。ERP、MIS、DCS、SCADA等系統也不例外，ERP、MIS基于關系數據庫和商用以太網，而DCS、SCADA等基于工業以太網和實時數據庫。工業以太網技術都來源于成熟的商業以太網，但是為了使以太網適合在工業現場惡劣的環境中保證數據的正常傳輸，工業以太網有以下幾個主要特點：

　　1.高確定性。由于以太網的MAC層協議是CSMA/CD，該協議使得在網絡上存在沖突，特別是在網絡負荷過大時，更加明顯。對于一個工業網絡，如果存在著大量的沖突，就必須得多次重發數據，使得網間通信的不確定性大大增加。在工業控制網絡中為了改善以太網負載較重時的網絡擁塞問題，使用工業以太網交換機(switch($148.3200))。它采用將共享的局域網進行有效的沖突域劃分技術。各個沖突域之間用交換機連接，以減少CSMA/CD機制帶來的沖突問題和錯誤傳輸。這樣可以盡量避免沖突的發生，提高系統的確定性，但也提高了系統的成本。

　　2.高實時性。在工業控制系統中，實時可定義為系統對某事件的反應時間的可測性。也就是說，在一個事件發生后，系統必須在一個可以準確預見的時間范圍內做出反映。然而，工業上對數據的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往數據的更新是在ms級的時間內完成的。而同樣由于以太網存在的CSMA/CD機制，當發生沖突的時候，就得重發數據，最多可以嘗試16次之多。很明顯這種解決沖突的機制是以付出時間為代價的。而且一但出現掉線，那怕是僅僅幾秒種的時間，就有可能造成整個生產的停止甚至是設備，人身安全事故。工業以太網采用高速以太網方式。當網絡中的負載越大的時候，發生沖突的慨率也就越大。當一個網絡的負菏低于36%時，基本上不會發生沖突，在負荷為10%以下時，10M以太網沖突機率為每五年一次。100M以太網沖突機率為每15年一次。但超過36%后隨著負荷的增加發生沖突的慨率是以幾何級數的速度增加的。顯然提高以太網的通信速度，就可以有效降低網絡的負荷。幸運的是現在以太網已經出現通信速率達100M/S，1G/S的高速以太網，在加上細致全面的設計及對系統中的網絡結點的數量和通信流量進行控制，完全可以采用以太網作為工業網絡。同時 工業以太網采用IEEE1588對時機制，IEEE1588定義了一個在測量和控制網絡中，與網絡交流、本地計算和分配對象有關的精確同步時鐘的協議(PTP)。此協議并不是排外的，但是特別適合于基于以太網的技術，精度可達微秒范圍。它使用時間印章來同步本地時間的機制。即使在網絡通信時同步控制信號產生一定的波動時，它所達到的精度仍可滿足要求。這使得它尤其適用于基于以太網的系統。通過采用這種技術，以太網TCP/IP協議不需要大的改動就可以運行于高精度的網絡控制系統之中。在區域總線中它所達到的精度遠遠超過了現有各種系統。此外，在企業的各層次中使用基于以太網TCP/IP協議的網絡技術有著巨大的優勢。