【正文】 趨勢給予肯定的評價(jià)。CSMA/，或稱介質(zhì)訪問控制技術(shù)。IEEE —令牌總線網(wǎng)。IEEE —可互操作的局域網(wǎng)的安全。見圖1：TCP/IP技術(shù)支持的各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 由于TCP/IP是世界上最大的Internet采用的協(xié)議組，而TCP/IP底層物理網(wǎng)絡(luò)多數(shù)使用以太網(wǎng)協(xié)議，因此，以太網(wǎng)+TCP/IP成為IT行業(yè)中應(yīng)用最普遍的技術(shù)。制造業(yè)對自動(dòng)化技術(shù)提出了數(shù)字化通信及信息集成的技術(shù)的要求。車間級現(xiàn)場總線具有傳輸數(shù)據(jù)量大、應(yīng)用層信息規(guī)范完整等特點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求不高。1999年12月，IEC61158放棄了原有設(shè)想，通過妥協(xié)方案，即： 以IEC 61158 （TS）+ ； Net、PROFIBUS、PNet、FF HSE、Swift Net、WorldFIP和Interbus總線。 施耐德公司是將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠設(shè)備底層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者，已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實(shí)際應(yīng)用。筆者從事現(xiàn)場總技術(shù)研發(fā)工作，習(xí)慣從技術(shù)方面將以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行比較，從而得出幾點(diǎn)看法。D. 編碼：同步、曼徹斯特編碼。有效數(shù)據(jù)字段與附加字段之比反映的網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩蛘哒f反映一次有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鷥r(jià)。 需要指出的是，以太網(wǎng)技術(shù)存在上述缺憾，不意味著以太網(wǎng)就不能在現(xiàn)場層應(yīng)用，事實(shí)上以太網(wǎng)在很多對時(shí)間要求不是非?？量痰默F(xiàn)場層，已有很多成功應(yīng)用范例。在以太網(wǎng)能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問題之前，大部分現(xiàn)場層仍然會(huì)首選現(xiàn)場總線技術(shù)。C. 與上層網(wǎng)絡(luò)的信息規(guī)范和軟件接口兼容(2) 設(shè)備級控制優(yōu)先選用現(xiàn)場總線技術(shù)理由如下：A. 實(shí)時(shí)性, 確定性, 可靠性要求；B. 專用性: 如需要嚴(yán)格同步的運(yùn)動(dòng)控制采用Sercos、PROFIBUSDPV2；C. 可靠性：工業(yè)級的傳輸層增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性；D. 現(xiàn)場總線技術(shù)種類、產(chǎn)品繁多，能夠提供各種成本的解決方案。（1） 車間級生產(chǎn)信息集成更適合使用以太網(wǎng)理由如下：A. 多數(shù)加工設(shè)備具有RS232接口:如條碼機(jī), 專用工設(shè)備。因此，以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化車間監(jiān)控層及管理層將成為主要應(yīng)用技術(shù)，特別是采用TCP/IP協(xié)議可與互連網(wǎng)Internet連接, 是未來eManufactory的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來，以太網(wǎng)在CSMA/CD技術(shù)基礎(chǔ)上也有一些改進(jìn)，如應(yīng)用智能集線器、交換機(jī)技術(shù)等，但沒有從機(jī)理上保證通信的實(shí)時(shí)性和確定性。（3）傳輸效率：不同網(wǎng)絡(luò)對報(bào)文長度有一個(gè)限制。E. 傳輸速率：~12M 以太網(wǎng)A. 傳輸介質(zhì)：UTP3類線、UTP5類線、 屏蔽雙絞電纜、光纖、同軸電纜, 無線傳輸?shù)慕鉀Q方案。既然以太網(wǎng)已成功的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化諸多方面，既然IEC61158沒有給出一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為什么不能將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)過程控制底層，即設(shè)備層，成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這就回到了本文開篇的話題。積極推進(jìn)這種技術(shù)概念的如法國施耐德公司，面向工廠自動(dòng)化提出了基于以太網(wǎng)+TCP/IP的解決方案，稱之為“透明工廠”。B．妥協(xié)的結(jié)果 經(jīng)過十幾年的努力，1998年，對IEC 61158 （TS）進(jìn)行投票。 ?PROFIBUSFMS車間級現(xiàn)場總線，主要用于車間級設(shè)備監(jiān)控。所以說自動(dòng)化技術(shù)由單機(jī)自動(dòng)化發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化。由于TCP/IP是internet采用的協(xié)議組，所以將TCP/IP體系結(jié)構(gòu)稱作internet體系結(jié)構(gòu)。IEEE —光纖技術(shù)。最高層協(xié)議與任何一種局域網(wǎng)MAC子層的接口。?1981年：美國施樂(Xerox)公司+數(shù)字裝備公司(Digital)+英特爾(Intel)公司聯(lián)合推出以太網(wǎng)(EtherNet)規(guī)約[ETHE80]?1982年：修改為第二版，DIX Ethernet V2因此：“以太網(wǎng)”應(yīng)該是特指“DIX Ethernet V2”所描述的技術(shù)。 以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)該區(qū)分為兩個(gè)方面問題，或者說兩個(gè)層次的問題。另外，QoS網(wǎng)絡(luò)還可以制止對網(wǎng)絡(luò)的非法使用，譬如非法訪問控制層現(xiàn)場控制單元和監(jiān)控單元的終端等。局域網(wǎng)交換機(jī)的每一個(gè)端口只能標(biāo)記一個(gè)VLAN，同一個(gè)VLAN 中的所有站點(diǎn)擁有一個(gè)廣播域，不同VLAN之間廣播信息是相互隔離的，這樣就避免了廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。而交換式集線器可以認(rèn)為是一個(gè)受控的多端口開關(guān)矩陣，各個(gè)端口之間的信息流是隔離的，只有在同一個(gè)端口上的信息流才會(huì)發(fā)生沖突，即每個(gè)端口是一個(gè)沖突域。而且，以太網(wǎng)的整個(gè)傳輸體系沒有有效的措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)故障而加以隔離，從而有可能使故障節(jié)點(diǎn)占用總線而導(dǎo)致其它節(jié)點(diǎn)傳輸失敗。圖3：TSC Carat 5008FC2工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新進(jìn)展（二）實(shí)時(shí)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是通信實(shí)時(shí)性 以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初是用于商業(yè)領(lǐng)域，要將它應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，還有一些需要解決的技術(shù)問題： (1)需要解決它在工業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性問題； (2)以太網(wǎng)不提供電源，因此需要額外的供電電纜； (3)以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)； (4)以太網(wǎng)介質(zhì)訪問方式采用CSMA/CD協(xié)議，不能滿足工業(yè)過程控制在實(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)，確定性不高。Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，最大學(xué)習(xí)8000個(gè)地址，其每個(gè)端口均可連接多個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)段。例如，一個(gè)具有以太網(wǎng)冗余接口的工業(yè)控制設(shè)備可以分別連接到兩個(gè)以太網(wǎng)環(huán)上（圖2），實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)接口、交換機(jī)和介質(zhì)的完全冗余。單環(huán)冗余 環(huán)狀拓?fù)錇榻⑷哂嗑W(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)設(shè)計(jì)簡單、成本低廉的解決方案（圖1）。用于 IST 和 MST 2 的根交換機(jī)駐留于 RSTP/MSTP 區(qū)域內(nèi)。思科實(shí)施定義了 16 種實(shí)例：一個(gè) IST （實(shí)例 0 ）和 15 個(gè) MSTI ，而 則支持一個(gè) IST 和 63 個(gè) MSTI 。為避免出現(xiàn)生成樹環(huán)路，如果兩臺(tái)交換機(jī)在 BPDU 中所接收的參數(shù)不一致，負(fù)責(zé)接收 BPDU 的端口就會(huì)被宣布為邊界端口。為確定 VLAN 實(shí)例的相關(guān)性， 引入了 MST 區(qū)域概念。一旦交換機(jī) A 上的所有接口處于同步狀態(tài)，“ P2 ”就會(huì)承認(rèn)從前從根接收的建議，并可以安全地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。當(dāng)鏈接激活時(shí)，“ P1 ”和“ P2 ”都成為處于放棄狀態(tài)的指定端口。下面的例子中詳細(xì)解釋了此過程。相形之下， RSTP 則通過明確地告知網(wǎng)橋，溢出除了經(jīng)由 TCN 接收端口了解到的內(nèi)容外的所有內(nèi)容，優(yōu)化了該流程。每個(gè)網(wǎng)橋每次“ hello time ”都會(huì)生成 BPDU ，即使它不從根網(wǎng)橋接收時(shí)也是如此。 為加速網(wǎng)絡(luò)融合并解決與生成樹和虛擬 LAN （ VLAN ）交互相關(guān)的地址可擴(kuò)展性限制的問題， IEEE 委員會(huì)開發(fā)了兩種新標(biāo)準(zhǔn)：在 IEEE 中定義的快速生成樹協(xié)議（ RSTP ）和在 IEEE 中定義的多生成樹協(xié)議（ MST ）。轉(zhuǎn)發(fā)：可以傳送和接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會(huì)重新配置。轉(zhuǎn)發(fā)：可以傳送和接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。 STA使用網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Bridge Protocol Data Units，BPDU），自動(dòng)配置網(wǎng)橋上處于轉(zhuǎn)發(fā)或阻塞狀態(tài)的獨(dú)立端口。這在生成樹網(wǎng)絡(luò)里面是一種機(jī)制，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將會(huì)重新配置。它會(huì)帶來如下問題： 因此，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須有一個(gè)機(jī)制來阻止回路。 用于嚴(yán)酷環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)元件，通過EMC 測試 178。用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)。 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 ：一個(gè)典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件：◆ 網(wǎng)絡(luò)部件 連接部件： 通過不斷的開發(fā)提供了持續(xù)的兼容性，因而保證了投資的安全。 企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet) 提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動(dòng)化。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。 ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī)) 10/100M 自適應(yīng)傳輸速率 178。 符合SNMP(簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議) 178。網(wǎng)橋用BPDU來相互通信，并用BPDU的相關(guān)機(jī)能來動(dòng)態(tài)選擇根橋和備份橋。然后沿著這條路徑，下一個(gè)橋增加它的配置端口COST為一個(gè)值，這個(gè)值是它接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一個(gè)網(wǎng)段的值。STA的最終結(jié)果是一個(gè)無循環(huán)的橋接環(huán)境，不管局域網(wǎng)網(wǎng)段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否改變，這個(gè)環(huán)境總是一直存在。交換機(jī)之間用HELLO包通信，在主交換機(jī)上動(dòng)態(tài)選擇主鏈路和備份鏈路。備份鏈路不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只接收和處理HELLO包，處于熱備（Hot Standby）狀態(tài)。只有采用SupremeRing協(xié)議才是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的最佳冗余機(jī)制。 IEEE RSTP 的特點(diǎn)是將許多思科增值生成樹擴(kuò)展特性融入原始 中，如 Portfast 、 Uplinkfast 和 Backbonefast 。 在 RSTP 中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變更只在非邊緣端口轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)時(shí)發(fā)生。除了從 沿襲下來的根端口和指定端口定義外，還定義了兩種新的作用（見圖 1 ）：