當前，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，多家自動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、為所有的編程語言所支持、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、可實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接等諸多優(yōu)點。由于這些優(yōu)點，特別是與IT的無縫集成以及傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的傳輸帶寬，以太網(wǎng)得到了工業(yè)界的認可。

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、開發(fā)人員和相關(guān)的科研機構(gòu)創(chuàng)造一個高水平的交流平臺，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，以及西門子（中國）有限公司、萬可電子（天津）有限公司、北京東土科技股份有限公司的支持。有超過350名工程師、研發(fā)人員和專家學(xué)者參加了此次論壇，根據(jù)調(diào)查顯示，他們分別來自機械制造、鋼鐵、石化、水處理、交通、汽車、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，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公司電子接口與自動化部繆競紅經(jīng)理為論壇致辭，論壇邀請了國內(nèi)外來自工業(yè)界、咨詢機構(gòu)和學(xué)術(shù)界的多名專家，進行了多場精彩的演講，觀眾也提出了很多問題和自己的見解。論壇現(xiàn)場氣氛熱烈，參會人員都獲得了巨大收獲。

工業(yè)以太網(wǎng)市場迅猛發(fā)展

首先，全球工控領(lǐng)域權(quán)威的咨詢公司ARC集團的中國代表處業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理周斌先生，站在第三方研究機構(gòu)的角度，論述了工業(yè)以太網(wǎng)近年來的發(fā)展狀況及未來的前景。根據(jù)周先生的演講，雖然現(xiàn)場總線技術(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)場裝置層。幾乎所有的以太網(wǎng)協(xié)議，無論是Profinet，DeviceNet，CANOpen還是CC-Link，增長的百分比都達到了兩位數(shù)以上。ARC預(yù)測，到2011年，工業(yè)以太網(wǎng)的市場可以達到13億美元。以太網(wǎng)技術(shù)的開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IP功能、全球信息獲取功能、離散模塊自動化，都給使用的企業(yè)創(chuàng)造了富有戰(zhàn)略意義的價值。

ARC對于工業(yè)以太網(wǎng)的使用做了深入的研究，其中一項即將發(fā)布的研究，數(shù)據(jù)來自兩百家全球企業(yè)。研究表明，工業(yè)以太網(wǎng)在當前的各個生產(chǎn)領(lǐng)域，包括過程和離散制造業(yè)，都有著應(yīng)用，而主要的用途是遠程控制、設(shè)備配置和維護。談到以太網(wǎng)選型問題，研究發(fā)現(xiàn)工廠的工程師和集成商具有相當大的影響力，而對于選擇交換機，則是IT人員有絕對的話語權(quán)。另外一個方面，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、線纜和拓撲結(jié)構(gòu)、工業(yè)環(huán)境以及對操作員知識水平的要求等等。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)場網(wǎng)絡(luò)仍然是分開的，29％的企業(yè)做的是邏輯上隔離，近期這個趨勢也還將維持下去。同時，近些年來，工業(yè)以太網(wǎng)陣營本身也在隨時發(fā)生著變化，例如菲尼克斯加入Profinet、施耐德電氣加入ODVA陣營等等，哪個陣營會在競爭中取得領(lǐng)先，人們還在拭目以待。

CONTROL ENGINEERING China對于本次論壇的參會嘉賓的調(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。這項調(diào)查總計收到了149個有效回復(fù)，其中54.9％的受訪者所在的企業(yè)已經(jīng)開始使用工業(yè)以太網(wǎng)，另有35.4％的受訪者表示所在企業(yè)正在計劃使用工業(yè)以太網(wǎng)，超過九成的受訪者都對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)表示了濃厚的興趣。除此之外，這項調(diào)查還包括了下列關(guān)鍵問題：

哪些原因促使采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)：71名受訪者認為是其開放的標準，62名受訪者認為是高網(wǎng)速，59個人則選擇了低維護成本（見圖1）。這說明用戶對于以太網(wǎng)的優(yōu)勢認識十分清楚。

正在使用或者打算使用的以太網(wǎng)類型：選擇Ethernet/IP的人數(shù)最多，有68位；其次是Profinet，有60位（見圖2）。這兩種網(wǎng)絡(luò)類型領(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)受訪者都認為兼容性（91位）和安全保密（90位）是非常重要的（見圖3）。兼容性是以太網(wǎng)的優(yōu)勢，而安全保密則是越來越受到企業(yè)的關(guān)注。

工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢將在哪些領(lǐng)域：可視化檢測（78位）和遠程維護（76位）特別收到了重視（見圖4）。另外的一些選項，諸如無線檢測和控制、工廠主干網(wǎng)等等，同樣得到了青睞，說明以太網(wǎng)技術(shù)正處在高速發(fā)展，用戶對于它的廣闊前景充滿了期待。

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。首先登場的，是菲尼克斯電氣集團自動化海外銷售經(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)境中正常運行：溫度-40°C到+60°C，強電磁干擾、高強度振動和沖擊、離散通訊結(jié)構(gòu)；同時，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)滿足RSTP 802.1w標準，與辦公室網(wǎng)絡(luò)兼容，菲尼克斯的冗余環(huán)最大支持57個交換機、最大1000個終端設(shè)備，自愈時間100ms-500ms。接下來，Sieslack先生介紹了基于以太網(wǎng)的PLC診斷和監(jiān)測，它使用IEEE 802.1ab協(xié)議，可以用來診斷和改正錯誤位置、改進項目計劃以及設(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，這項技術(shù)可以用于構(gòu)建更快的系統(tǒng)和主干網(wǎng)?；诖耍颇峥怂闺姎庵袊咀詣踊?wù)中心的高級講師吳勇志先生，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、FL SWT網(wǎng)絡(luò)管理軟件、FL系列增強型、SF系列標準型、SFN系列超薄型交換機、以及各種集線器、安裝工具和附件。另外，菲尼克斯還提供基于以太網(wǎng)協(xié)議的無線解決方案，包括：無線局域網(wǎng)、藍牙接入點、無線MUX和無線IO。

來自西門子（中國）有限公司的江傳輝先生，介紹了Profinet工業(yè)以太網(wǎng)標準。Profinet使用TCP/IP協(xié)議，已成為國家指導(dǎo)標準（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)時間，遵從IEEE 802.3標準的報文格式，通過實時預(yù)處理實現(xiàn)高性能，通過帶寬分配和工程分段實現(xiàn)等時同步數(shù)據(jù)通訊，通訊周期時間達到<<1ms，抖動誤差<1μs。通過Profinet，控制周期的同步可以達到總線周期水平，控制環(huán)閉合，并且可以等時同步獲得設(shè)備的精確位置值。

MOXA集團的馬鋒先生和萬可電子（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)拓撲結(jié)構(gòu)具有高冗余能力、低布線成本以及系統(tǒng)維護容易等優(yōu)點，然后介紹了MOXA新近推出Turbo Ring網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的優(yōu)勢在于：一、速度：200臺設(shè)備滿載運行時，系統(tǒng)回復(fù)時間小于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和線材、自由指定冗余線路；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)場施工人員。而根據(jù)陳崗先生的演講，萬可生產(chǎn)17種總線和工業(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)場總線適配器750－350以及各種工業(yè)以太網(wǎng)交換機758－801/806/802/803等等。

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

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了兩位來自美國密歇根大學(xué)的科學(xué)家和教授，他們都是國際工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的專家。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)在工廠中提供實時性的能力，因為這與上述三個方面的能力都息息相關(guān)。密歇根大學(xué)的研究者們設(shè)計了一個工廠網(wǎng)絡(luò)模擬器，它模擬出完美的實時性對網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求。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，可以集成在同一個網(wǎng)絡(luò)之中，或者分割在兩個或者三個網(wǎng)絡(luò)里。而成本則取決于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。Moyne教授還指出，將診斷信息融入安全系統(tǒng)，是改進安全解決方案的一個全新的發(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。她的研究開始于注意到工程師在評估以太網(wǎng)性能時面臨的窘境，使用的方法是實驗分析。Tilbury教授認為考慮使用以太網(wǎng)I/O的一個關(guān)鍵因素在于終端對終端的表現(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。諸如運動控制之類的高速以太網(wǎng)I/O應(yīng)用，需要實時協(xié)議（IEEE 1588）以及能夠提高協(xié)同實時性和時間戳記的控制方法。

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、完整性和實時性。他指出以太網(wǎng)的實時性、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，郝培提到了以太網(wǎng)典型的安全威脅：在傳輸過程中數(shù)據(jù)被截獲或讀取、黑客連入通信并偷聽或使用數(shù)據(jù)、可用性攻擊、病毒攻擊等等，以及實現(xiàn)安全性的種種手段：VLAN、對交換機網(wǎng)管的訪問控制、防火墻、安全認證、病毒防護等。對于實時性，研究列舉了四大標準：響應(yīng)時間、抖動、同步性和吞吐量，并指出這是以太網(wǎng)達到確定性的必然要求。