几年前，当现场总线大战硝烟正浓时，传统上用于办公室和商业的以太网却悄悄地进入了操控范畴。近来以太网更是走向前台，展开迅速，颇有目共睹。
几年前，当现场总线大战硝烟正浓时，传统上用于办公室和商业的以太网却悄悄地进入了操控范畴。近来以太网更是走向前台，展开迅速，颇有目共睹。究其原因，是因为工业自动化体系正向散布化、智能化的实时操控方面展开，其间，通讯已成为要害，用户对一致的通讯协议和网络的要求日益火急。另一方面，Intranet/Internet等信息技能的飞速展开，要求企业从现场操控层到办理层能完成全面的无缝信息集成，并供给一个敞开的根底构架，但现在的现场总线尚不能满意这些要求。应该说，现场总线的呈现的确给工业自动化带来一场深层次的革新，但多种现场总线互不兼容，不同公司的操控器之间不能彼此完成高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的距离导致呈现“自动化孤岛”等，促进人们开端寻求新的出路，并关注到以太网。以太网有以下长处：
(1)具有适当高的数据传输速率(现在已达到100Mb/s)，能供给满足的带宽;
(2)因为具有相同的通讯协议，Ethernet和TCP/IP很简略集成到IT(信息技能)国际;
(3)能在同一总线上运转不同的传输协议，然后能树立企业的公共网络渠道或根底构架;
(4)在整个网络中，运用了交互式和敞开的数据存取技能;
(5)沿袭多年，已为很多的技能人员所了解，市场上能供给广泛的设置、维护和确诊东西，成为事实上的一致规范;
(6)答应运用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。
至于以太网存在的不确定性和实时功用欠佳的问题，已因为智能集线器的运用、自动切换功用的完成、优先权的引进以及双工的布线等，根本上得到了处理。经过进步数据传输速率，细心地挑选网络的拓扑结构及约束网络负载等，可将产生数据抵触的概率降到最低。此外，如Hirschmann公司已开宣告一系列加固的、合适用于工业环境的密封和抗振荡的以太网器材，如导轨式收发器、集线器、切换器、衔接件等;Woodhead Connectivity公司推出维护等级为IP67的RJ-45衔接器材。凡此种种，给以太网进入实时操控范畴发明了条件。正因为如此，ARC(Automation Research Company)猜测往后Ethernet和TCP/IP将成为器材总线和现场总线的根底协议。VDC (Venture Development Corp.)在1999年3月19日发布的调查报告中猜测，在工业操控使用范畴，以太网的国际市场份额将由1998年的8.4%跃升为2003年的22%，是各种总线中升幅最大的。
现在国际上已有一些国际组织从事推动以太网进入操控范畴的作业，如IEEE(美国电气和电子工程师协会)正在着手制定现场总线和以太网通讯的新规范。该规范将使网络能看到“方针”。IAONO(工业自动化敞开网络联盟)最近与ODVA和IDA集团就一起推动Ethernet和TCP/IP达到一致。ODVA(DeviceNet供货商协会)于2000年3月17日发布了一个为在工厂底层运用以太网服务的工业规范。FF(现场总线基金会)于2000年3月29日发布了高速以太网(100Mb/s)的终究技能规范(FSI1.0)。工业以太网协会与美国的ARC、Advisory Group等单位协作，展开工业以太网要害技能的研讨。现在1000Mb/s以太网的展开已进入实用阶段，尽管其价格还比较贵重。由以上剖析可知，以太网进入工业操控范畴是一个不行忽视的展开趋势。本文概要介绍工业以太网最近的一些发展，并对往后的展望作一些讨论。
一 在使用层中的发展
1. 封装
众所周知，以太网自身只供给一系列的物理介质界说和一个同享的构架。构架包含物理介质、帧格局和LAN设备数据的寻址格局，即它只供给物理层和数据链路层。而Ethernet、TCP/IP则包含IP协议(层三)、TCP或UDP协议(层四)，当以太网用于信息技能时，第七层含有HTTP(超级文本传输协议)、FTP (文件传输协议)、SNMP(简略网络办理协议)、SMTP(简略电子邮件传送协议)和Telnet(长途登录)等。但当它用于工业操控时，体现在第七层的是实时通讯、用于体系组态的方针以及工程模型的使用协议。对这些不同的概念进行拼装称为“封装”(Encapsulation)。TCP/IP支撑根据异种操作体系的异种网络间的互联，它是真实的敞开体系通讯协议，已成为现在国际上进行异种网络互联的事实上的规范。
“封装”是将报文帧嵌入到TCP或UDP的容器中。典型的比如有Rockwell Automation和ODVA开发的Ethernet/IP、FF开发的HSE(高速以太网)、Schneider Electric开发的Modbus TCP/IP。一切这些协议数据在发送到以太网曾经，现场总线报文根本上没有什么改变并作为“用户数据”嵌入到TCP/IP帧内，很简略向下兼容到根据以上总线的协议。
Rockwell Automation和ODVA推出的Ethernet/IP，使用了紧缩的ControlNet和DeviceNet协议的CIP(Control and Information Protocol，操控和信息协议)，如图1所示。
CIP经过“隐性”和“显性”信息供给用于存取数据和操控设备的宽规模的服务。
在发送CIP数据包曾经有必要对其进行封装，CIP数据包给定一个报文首部(header)，该首部的内容取决于所恳求的服务特点。
经过以太网衔接的CIP数据包包含一个专用的以太网首部、一个IP首部、一个TCP首部和一个封装首部。封装首部包含的字段有操控指令、格局、状况信息和同步数据等，这答应CIP数据能经过TCP或UDP传送并保证在接收方进行解码。
Schneider Electric推出的“通明工厂”，其中心是Ethernet和TCP/IP，封装有Modbus协议的Modbus TCP/IP的模块使用于MemetumPLC。Modbus TCP已成为半导体工业的规范EMIE54.9-2000。
FF的HSE是高效地映像到UDP (用户数据报文协议，一个被以为优于TCP的传输协议，其首部比TCP首部短而简略，只需8个字节，而TCP为长度可变的40个字节)的一个最佳比如，HSE选用Publisher/Subscriber协议，为IEC61158现场总线国际规范的类型5。
另一种处理计划是在现场总线的上层运转或封装有TCP/IP。Interbus便是这种处理计划，它的以太网战略是将TCP/IP报文切割为若干个小型数据包并封装在Interbus的参数通道进行传输，其总和帧协议仍坚持不变。这些被切割的数据包将在接收方重新装配然后康复为本来的TCP/IP报文。
封装计划的缺陷是协议的功率低，以太网的首部比用户数据大得多，然后大幅度地添加开支，因而封装计划只适用于发送大容量的数据信息。
2. 代理服务器
代理服务器(Proxy)相似于对两个不同通讯协议进行转化的网关(Gate-way)，但其功用要比后者强得多。代理服务器的首要方针是将规范现场总线网络集成到工业以太网网络，其首要长处是现有的现场总线设备在往后仍能长期运用，然后维护用户的出资。支撑这种观念的是由Profibus国际组织发布的Profinet，它包含两个概念，即敞开的、面向方针的运转期(Runtime)概念和独立于制造商的工程概念。运转期概念根据TCP/IP、UDP、RPC(运程程序调用)和DCOM，并对这些根本机制进行加强和优化，因而它合适于高实时功用要求的使用范畴。工程概念包含树立工程方针模型，它不只运用户能经过不同制造商的组态东西进行开发，还能够选用分面(Facet)的办法界说制造商和使用专用的扩展功用，因而支撑在单个工厂规模集成不同制造商的产品。
3. 实时通讯体系
IDA(Interface for Distributed Automation，用于散布式自动化的接口)选用美国CaliforNIa公司开发的坐落第四层的NDDS实时通讯体系，NDDS是Publisher/Subscriber形式，供给宽规模强有力的使用服务。IDA的另一个重要特性是根据Web的设备办理。一切现场设备均有其自身的Web页面，包含组态、操作和确诊参数，用户可经过规范的浏览器进行拜访。根据XML的设备描述简化了体系的组态，并支撑设备的互操作性和互换性。IDA坐落工业以太网的第七层，它还界说从第四层到第七层和使用接口(API)之间的通讯，乃至还包含使用程序的规范编程接口。IDA集团在2001年的德国汉诺威饱览会上发布了其技能规范。IDA的模型如图2所示。
二 嵌入以太网的I/O
早在1998年，Foxboro公司就成功地将其Micro-I/A自动化体系中的以太网I/O用于德国Bayer AG公司的氯碱分厂，以太网将一切现场设备、操控器和PC机作业站集成为一个高牢靠、低成本的实时操控的信息网络。近年来，一些公司已推出不少以太网I/O产品，举例如下： (1)Opto 22从1998年第四季度起开端供给以太网I/O产品，并不断扩展和改善其产品，如开发契合802.11和802.11b的无线电拜访以太网产品和用于办理的SNMP以太网产品;
(2)National Instruments的Field Point I/O能供给现场设备到以太网的链接;
(3)SixNet供给嵌入以太网芯片的I/O模块;
(4)Optimation(Hutsrille, Ala)发布内装以太网的I/O新产品;
(5)Automation direct.com和Omron Electric联合宣告的以太网I/O新产品已面市;
(6)GE Fanuc Automation在2000年的美国国家周上宣告其一切的自动化产品均支撑与以太网的 链接;
(7)Zonework(Temecala, Calif)推出其第一套产品，声称是使传统的自动化操控器能拜访以太网的根底结构;
(8)Action公司的子公司Busware发布以太网的E系列I/O模块，如图3所示。
此外，现在已有嵌入以太网芯片的智能现场总线设备面世，如Schneider Electric的Altivar 58变频器，不只能衔接到本公司的PLC系列，亦能衔接到内装有Web服务器的第三方操控器。经过该操控器，还可长途存取Altivar 58变频器的各种数据。
三 网络便是操控器
德国Jetter AG(Ludwisburg, Germany)最近发布的Jetweb自动化体系立意新颖，它是根据100Mb/s以太网的散布式智能操控体系，声称“网络便是操控器”的观念。其特点是：(1)相似Internet的结构，对数据的实时传输不需要编程，不需要考虑网络的层次结构;
(2)对用户来说，只要一组数据和一个程序，一切数据在网络中只需表达一次，程序和数据均能够重复运用，网络扮演真实服务器的效果。
