什么是以太網與工業(yè)以太網的區(qū)別
即使是一些企業(yè)里的技術人員也對工業(yè)以太網以及以太網的概念很模糊不是很清楚，而工業(yè)以太網與以太網有哪些區(qū)別呢？我想在這給大家普及一下！
傳統(tǒng)自動化行業(yè)的工業(yè)總線或者工業(yè)以太網連接的對響應速度、安全可靠性要求高的通訊解決方案（比如煉油廠的自動化設備的通訊方案）；傳統(tǒng)工業(yè)沒有通訊，但在未來智能制造領域會連接的設備（比如采油、物流環(huán)節(jié)，以前有線連接成本高，可借助無線技術聯(lián)網）。
開始了解工業(yè)以太網，是因為在為西門子撰寫案例的時候，有一個是普光氣田集輸系統(tǒng)的一網到底的案例，主要介紹了在地域環(huán)境特殊的普光氣田的自動化、信息化的通訊方案中，采用了有線與無線相結合，適用于商業(yè)應用的以太網，和適用于工業(yè)的工業(yè)以太網相融合的骨干網絡。實現(xiàn)了一網到底（工業(yè)、商業(yè)公用一個網絡）。
研究一網到底的概念時，發(fā)現(xiàn)最早（我能找到的資料中）的提出一網到底概念的是2010年SixNet在推動工業(yè)以太網的時候，提出來的一網到底，實現(xiàn)自動化和信息化的無縫集成。
在工業(yè)以太網出現(xiàn)之前，自動化的通訊方式最主要的是利用總線做通訊。但是因為總線需要布線，而隨著互聯(lián)網的普及，以太網的網絡也越來越普及。利用網絡實現(xiàn)自動化通訊是一種趨勢，所以很多廠家推出了工業(yè)以太網。借助于工業(yè)以太網實現(xiàn)自動化與信息化的融合，從而實現(xiàn)一網到底。
工業(yè)以太網與以太網的區(qū)別
以太網主要用在商業(yè)環(huán)境，而工業(yè)以太網主要用在自動化設備上。自動化設備在實時性、確定性、可靠性上遠遠高于商業(yè)環(huán)境。商業(yè)環(huán)境對信息的傳輸，延時一秒是可以接受的，而某些工業(yè)設備對實時性要求是時延不超過幾十毫秒，對網絡要求不同。
以太網的通訊機制
以太網是指遵循IEEE802.3標準，可以在光纜和雙絞線上傳輸的網絡，采用星型和總線型結構，傳輸速率為10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或更高。
以太網產生延遲的主要原因是沖突，其原因是它利用了CSMA/CD技術。在傳統(tǒng)的共享網絡中，由于以太網中所以的站點，采用相同的物理介質相連，這就意味著2臺設備同時發(fā)出信號時，就會出現(xiàn)信號見的互相沖突。為了解決這個問題，以太網規(guī)定，在一個站點訪問介質前，必須先監(jiān)聽網絡上有沒有其他站點在同時使用該介質。如果有則必須等待，此時就發(fā)生了沖突。為了減少沖突發(fā)生的幾率，以太網常采用1-持續(xù)CSMA，非持續(xù)CSMA，P-持續(xù)CSMA的算法2。
由于以太網是以辦公自動化為目標設計的，并不完全符合工業(yè)環(huán)境和標準的要求，將傳統(tǒng)的以太網用于工業(yè)領域還存在著明顯的缺陷。但其成本比工業(yè)網絡低，技術透明度高，特別是它遵循IEEE802.3協(xié)議為各現(xiàn)場總線廠商大開了方便之門。
以太網的缺陷
1、確定性
由于以太網的MAC層協(xié)議是CSMA/CD，該協(xié)議是的網絡上存在沖突。對于一個工業(yè)網絡，如果存在著大量的沖突，就必須多次重發(fā)數據，使得網絡間通信的不確定性大大增加，帶來系統(tǒng)控制性能的降低。
2、實時性
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，在一個事件發(fā)生之后，系統(tǒng)必須在一個可以準確預見的時間范圍內作出反應。而工業(yè)上對數據傳輸的實時性要求非常高，數據的更新是在數十毫秒完成。而以太網的CSMA/CD機制，當發(fā)生沖突時重發(fā)數據，可以嘗試16次，這種解決沖突的機制是以付出時間為代價的。而設備的掉線，可能會造成重大的設備或者人身安全事故。
3、可靠性
以太網是為商業(yè)設計的，但應用到工業(yè)現(xiàn)場，面對惡劣的工況、嚴重的線間干擾，必然降低其可靠性。所以工業(yè)網絡要求具有高的可靠性，可恢復性以及可維護性。
工業(yè)以太網的解決機制
1、交換技術
將共享的局域網進行有效的沖突域劃分機制。各個領域之間用交換機連接，減少沖突問題和錯誤傳輸。這樣可以盡量避免沖突的發(fā)生，提高系統(tǒng)的確定性。
2、高速以太網
沖突的發(fā)生與負載有關，負載越大，發(fā)生沖突的概率越大。提高以太網的通訊速度，可以有想降低網絡的負荷。
3、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(xié)議(PTP)。此協(xié)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(tǒng)。通過采用這種技術，以太網TCP/IP協(xié)議不需要大的改動就可以運行于高精度的網絡控制系統(tǒng)之中。在區(qū)域總線中它所達到的精度遠遠超過了現(xiàn)有各種系統(tǒng)。此外，在企業(yè)的各層次中使用基于以太網TCP/IP協(xié)議的網絡技術有著巨大的優(yōu)勢。
一個包括IEEE1588對時機制的簡單系統(tǒng)至少包括一個主時鐘和多個從屬時鐘。如果同時存在多個潛在的主時鐘，那么活動的主時鐘將根據最優(yōu)化的主時鐘算法決定。所有的時鐘不斷地與主時鐘比較時鐘屬性，如果新時鐘加入系統(tǒng)或現(xiàn)存的主時鐘與網絡斷開，則其他時鐘會重新決定主時鐘。如果多個PTP子系統(tǒng)需要互聯(lián)，則必須由邊界時鐘來實現(xiàn)。邊界時鐘的某個端口會作為從屬端口與子系統(tǒng)相聯(lián)，并且為整個系統(tǒng)提供時鐘標準。因此這個子系統(tǒng)的主時鐘是整個系統(tǒng)的原主時鐘。邊界時鐘的其他端口會作為主端口，通過邊界時鐘的這些端口將同步信息傳送到子系統(tǒng)。邊界時鐘的端口對子系統(tǒng)來說是普通時鐘。
IEEE1588所定義的精確網絡同步協(xié)議實現(xiàn)了網絡中的高度同步，使得在分配控制工作時無需再進行專門的同步通信，從而達到了通信時間模式與應用程序執(zhí)行時間模式分開的效果。由于高精度的同步工作，使以太網技術所固有的數據傳輸時間波動降低到可以接受的，不影響控制精度的范圍。IEEE1588的一大優(yōu)點是其標準非常具有代表性，并且是開放式的。由于它的開放性，現(xiàn)在已經有許多控制系統(tǒng)的供應商將該標準應用到他們的產品當中了。而且不同設備的生產商都遵循同樣的標準，這樣他們的產品之間也可以保證很好的同步性。
工業(yè)以太網典型協(xié)議
典型的工業(yè)以太網包括4種協(xié)議：HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。
HSE
基金會現(xiàn)場總線FF于2000年發(fā)布Ethernet規(guī)范，稱HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太網協(xié)議IEEE802.3，TCP/IP協(xié)議族與FFIll的結合體。FF現(xiàn)場總線基金會明確將HSE定位于實現(xiàn)控制網 絡與Internet的集成。
Modbus
Modbus TCP/IP
該協(xié)議由施耐德公司推出，以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網和TCP/IP結合，成為Modbus TCP/IP。這是一種面向連接的方式，每一個呼叫都要求一個應答，這種呼叫/應答的機制與Modbus的主/從機制相互配合，使交換式以太網具有很高的 確定性，利用TCP/IP協(xié)議，通過網頁的形式可以使用戶界面更加友好。
ProflNet
針對工業(yè)應用需求，德國西門子于2001年發(fā)布了該協(xié)議，它是將原有的Profibus與互聯(lián)網技術結合，形成了ProfiNet的網絡方案。ProfiNet采用標準TCP/IP十以太網作為連接介質，采用標準TCP/IP協(xié)議加上應用層的RPC/DCOM來完成節(jié)點間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場設備。
Ethernet
Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應用的協(xié)議體系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International兩大工業(yè)組織推出的最新成員與Device Net和Control Net一樣，它們都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)協(xié)議的網絡。它是一種是面向對象的協(xié)議，能夠保證網絡上隱式(控制)的實時I/O信息和顯式信息(包括用于組態(tài)、參數設置、診斷等) 的有效傳輸。
未來提供工業(yè)骨干網的解決方案，對于傳統(tǒng)的自動化設備的高端儀器，其通訊的性能要求是可以達到工業(yè)以太網的級別的。就如文中所述，隨著網絡速率的提升，未來可能以太網與工業(yè)以太網的差異不大。但至少現(xiàn)在還有差異，無論如何，要實現(xiàn)全部設備的骨干網，需要：
1、支持現(xiàn)有的工業(yè)以太網的協(xié)議；
2、提升網絡的性能，解決現(xiàn)有以太網的問題中，工業(yè)以太網已經解決的問題；
3、未來是否可能實現(xiàn)無線網絡的性能達到工業(yè)以太網的性能？
實現(xiàn)了前面兩條，我認為工業(yè)骨干網才可能被工業(yè)企業(yè)接受。
朱先生