工业以太网实时通信技术及进展

【摘要】 随着我国工业技术的飞速发展，工业通信方式也逐渐向自动化的方向发展。而将以太网运用到工业生产中来实现实时通信，但其实时性的实现仍旧是行业内研究的重点。本文就以太网运用与工业实时通信技术，结合对以太网通信机制和技术特点的分析进行讨论，并提出一些解决方式。

【关键词】 工业生产 以太网 实时通信技术 解决方案

伴随着我国工业的迅速发展，以太网通信技术迅速进入到工业自动化生产的领域中，并在工业生产的各个环节中发挥了技术积累与扩大发展空间的作用。但事实上，运用以太网的工业通信技术在实时性上还存在一定的问题。下文就以太网的技术特点进行分析，并提出解决实时性通信的解决方案。

一、工业以太网的技术特点与适应性问题。

1.1以太网的不确定性

众所周知，随着通信技术的发展，以太网已经被广泛运用在各种各样的领域中。但因以太网使用的介质访问方式采用的是CSMA/CD协议，导致其表现出实时性不高和非确定性的特征。也就是说，带有冲突检测的载波在监听多路访问的过程中，某一个节点想要发送报文时，会首先进行网络监听。但当网络繁忙时，则要等到空闲时才能进行监听，否则将会立即进行发送，而如果有两个或者更多的节点监听到网络处于空闲时就会同时发送报文，势必会造成冲突。因此，当每个节点在发送报文时，还需要继续监听网络，当发生冲突出立即停止发送并等待网络重新空闲时再进行发送。此时，不但传输数据的时间过长，甚至还可能存在传送不到的情况，这也充分体现出以太网通信的不确定性和非实时性。

1.2以太网在工业环境中的适应性问题

事实上，以太网不能够提供电源，所以在实际的运用过程中需要提供额外的电缆来供电，且以太网不是本质安全的系统。前面提到，以太网采用的是CSMA/CD协议的介质访问方式，该种方式不能够完全满足工业生产可控制的实时性要求，具有很高的不确定性。因以太网的最初设计目的是运用商业领域，传统上应用在办公室和商业用途的以太网能够解决现场总线之间互相不兼容、不同公司的控制器之间高速实时传输数据的目的，但应用在自动化的工业领域，还需要解决很多适应性的问题。

二、工业以太网实时性的解决方案

针对以太网的不确定性和环境适应性问题，对于工业控制领域来说是非常棘手的问题。尤其是在直接进行测控的生产过程现场设备方面，通信的实时性是当紧急状态发生时，进行实时传输以及准确传输的必要条件，因此，我们必须针对工业以太网的实时性进行解决。

2.1降低网络负荷以提高网络传输速度

其实，以太网的数据冲突概率是随着数据通信量的增加而增长的，在网络中如果没有过多的数据通信，发生发送报文冲突的概率就会较小。而实践证明，当通信负荷达到25以下时，一般情况下以太网通信可以保持畅通；如果负荷只在5左右时，可以完全避免报文发送冲突。在工业控制领域中，当网络负载低于或者等于10时，有部分方案会认为这种冲突是可以避免的，但实际上这些冲突仍然在发生，尽管概率非常低，但过低的网络负荷会降低实际利用的以太网带宽，从而不满足经济性和利用率。

2.2运用交换机提高网络站点的带宽

传统的以太网利用的是共享式的集线器，这种共享式的集线器其结构和功能仅属于物理层的中继器。因此，当要将站点连接到共享式的集线器上来共享一个带宽时，必须遵守以太网的介质访问方式CSMA/CD协议来进行数据发送和接收。而以太网交换机属于一个受控上多端口的开关矩阵，此时，各个端口的数据信息流都是相互隔离的，只有同时处于同一端口上的信息流传送才会互相产生冲突。也就是说，此时的每一个端口都是一个冲突域，因此可以通过网络负荷来进行测算，通过交换机的原理将网络进行分割。将不同的端口分割以形成多个数据通道，此时，各个端口上的数据输入和输出就不再受到以太网介质访问方式CSMA/CD协议的限制，从而实现提高网路各个站点带宽的目标，然而这种方式的附加成本较高，运用在现场仪表时，其存储和转发也存在一定的延迟和不确定性，因此还有待改善。

结语：总的来说，以太网的发展将会逐渐迅速，将其运用于工业控制领域是近几年来工控行业的研究焦点。随着以太网产品和技术的不断推广，越来越多的技术和产品得到了改善，以太网应用在工控行业中的不确定性和非实时性还需要进行不断的研究和解决。通过降低网络负荷或者提高网络传输速度的方式，亦或是利用以太网交换机来提高网络中每个站点的带宽的方式都能在一定程度上解决其不确定性和非实时性。相信在未来，以太网通信技术还能更好的发挥在工控行业中。

参 考 文 献

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