李芬 白代见
常州先进制造技术研究所 江苏徐州 213164 科乐收农业机械（山东）有限责任公司 江苏徐州 213161
摘要：随着我国科学技术的不断进步与发展，互联网技术进入了一个崭新的阶段。其中，以太网因其具备良好的兼容性，且传输速度快、易于安装、耗能低等特点，在自动化领域得到了广泛的运用。基于此，本文对以太网在工业自动化领域的应用进行了深入的探讨。
关键词：以太网；工业自动化；领域；应用
1工业以太网概述
1.1工业互联网的业务需求分析
工业Internet可以从工业和Internet角度分析业务需求。从工业的角度来看，工业互联网主要是从生产系统到商业系统的智能化，由内及外、由车间到工厂到企业、到供应链上下游，实现机器与机器之间、机器与人之间、企业之间的智能交互与连接，并促进业务活动的优化。其中，业务需求包括针对工业系统各个层面的优化，如系统感知、实时监控、精确控制、数据集成、运营优化、供应链协作、需求匹配、服务增值等。从Internet的角度来看，工业Internet的主要代表是业务系统转型对生产系统的智能化。其业务需求包括基于Internet平台的准确营销、采购、销售、智能服务、协同设计、协同制造、柔性制造等。基于以上业务需求，可把工业互联网的生产要素具体化为数据采集、数据实时上传、数据分析、个性定制、联网设计、精确控制、柔性制造等。这些要素对网络提出了更高要求，包括支持海量数据连接、毫秒级低时延、Gbps级传送速率、灵活柔性的组网模式、低功耗等。
1.2工业以太网类型
工业以太网可分为通用的硬件标准TCP/IP协议、通用的硬件定制时间数据传输协议和自定义硬件实时数据传输协议。通用的硬件标准TCP/IP成本低廉，易于实现，但仅适用于实时性要求较低的工业过程自动化应用；通用的硬件定制时间数据传输协议引入了特殊的实时数据传输协议用于传输的以太网帧，可以实现更高的实时性能，但这种结构在读取以太网时会受到实时层的限制；自定义硬件实时数据传输协议可以实现实时通信控制，其优点是实时性强，但缺点是成本较高。
2工业自动化领域中以太网运用的优势
2.1运用范围最为广泛
互联网技术的不断推进、发展与渗透，推动了工业自动化领域的发展。在该过程中，工业生产领域的管理系统、生产系统等都相应得到了更好的完善与优化，工业生产管理控制系统亦更智能化，不仅带来工业生产效率的提高，还能大大提高产品质量。由于以太网具有传输速度快、价格低廉、传输介质的可选择性多、容易组网和使用等优点，是工业自动化领域中运用中最为广泛的网络通信方式。此外，由于以太网应用时间较长，目前已有较为完备的生产管理系统，且工业生产管理和操作人员的经验亦较为丰富，因此以太网的通信网络在工业自动化领域中得到了更好、更普遍的运用。
2.2更易于现场连接
随着互联网技术的不断发展与渗透，互联网的发展领域不仅仅局限于通信领域，目前已逐渐向社会的多个领域发展和渗透。以太网与Internet更易于现场布设与连接，满足工业管理的自动化和信息化需求。此外，通过远程控制实现全面、实时地掌握工业生产的真实状况，并更好地了解整个工厂乃至整个行业信息的发展状态，推动工业的自动化、智能化发展。
2.3适应工业自动化领域的发展
随着工业自动化技术的发展，除了运用以太网作为工厂生产管理控制网络的同时，也尝试着使用其它的通信网络。采用其它的通信网络方式虽然能够实现对工厂的全面控制，但随着信息技术更新换代速度较快，其它通信网络方式只能满足一时的要求，却跟不上信息技术发展步伐。
以太网在该方面有着绝对的优势：具备高标准的现场总线控制功能，能够克服现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊端。通过以太网对工厂生产现场进行控制的同时，还能够避免现场总线技术游离于计算机网络技术的发展之外，进而实现与计算机技术发展的高度同步性。
3工业自动化领域中以太网的运用及发展
3.1强化控制、组态、采集、监管功能
在工业自动化领域的拓展与延伸方面，运用以太网技术来强化工业自动化系统的控制、组态、采集、监管功能，逐步实现设备间的数据交换、处理、分析及预测。通过对传输任务的网络进行控制，实现对生产数据的自动化采集，利于后续对工业自动化数据进行分析、统计和预测、管理，实现设备预警、故障诊断和维保等功能，充分发挥出以太网高速、廉价的优点，不断推动工业自动化的发展。
3.2强化实时性与确定性
虽然以太网已较为广泛地用于工业自动化领域，但是以太网要想在日益快速发展的计算机通信网络环境中更好地实现局域网构建与完善功能，就必须强化以太网的实时性与确定性。通过交换技术，搭建以交换机为媒介的以太网系统，对数据包进行合理有效地处理，通过点对点模式实现数据的发送，避免数据丢包、碰撞等问题的发生，进而提高网络的稳定性与安全性。此外，由于以太网交换器支持多端的网络通信，能够连接不同速率的网络，因此，以太网具有良好的相容性。
3.3无线网络助力工业互联网发展
随着自动化技术的不断发展，对工业网络提出了新的要求，即适应有线、无线的多样化场景功能。在此过程中，无线技术脱颖而出，成为工业互联网的重要发展方向。与现有的有线网络相比，无线技术具有较明显的优势：首先，它大大降低了网络布设和维护的成本：无线网络可以实现快速部署，无须在现场环境中铺设电缆和相关保护设备；无线技术的使用也大大降低测控系统的安装和维护成本。二是提高生产线的灵活性：无线技术实现了现场设备的移动性，提高了生产设备部署的灵活性。用户可以根据工业生产和应用需求，快速地实现生产线的建设或改造，为实现柔性生产打下技术基础。三是可以实现部署环境的广泛性：无线技术突破了电缆部署限制，具有多种网络部署架构，可以在各种工业场景中实现快速部署，实现信息采集与控制的无线化。
3.4打造5G网络的工业互联网
5G可以提供高质量、高速率、低延时、广连接、低成本的网络连接，完美地契合了工业互联网的组网要求。国际市场调研权威机构IHS发布的研究报告显示，5G技术普及后，预计在2035年工业制造空间高达3.4亿美元。5G网络能灵活支撑智能制造的多种业务场景，包括机械臂协同控制所需要的毫秒级低时延（LTE理论时延在10ms级，实际现网时延大多在30ms～60ms）、先进的生产辅助系统应用增强现实（AR）系统所需的超高带宽、大规模流水线生产所需的海量机器连接。在2017年的上海世界移动通信大会（MWC）上，德国电信与华为联合开发了机械臂接球用于展示超低时延切片在工业制造中的应用，该切片基于对接入、传输及核心网的域内及域间编排控制技术以及边缘计算部署来达到毫秒级的时延保障，最高可达1ms。在2019年MWC上，中国移动、华为与ABB共同开发的机械臂检修整车用于展示超低时延切片在工业制造中的应用，该切片最低可达1ms。可见，随着5G技术的发展、研究，5G应用的普及成为趋势。
4结束语
工业企业要重视对以太网的有效运用，结合企业自身的发展需要和要求，充分融合和运用以太网的多项优势，不断提高以太网在工业自动化中的运用水平，从而促进我国经济发展。
参考文献
[1]张冬梅.有色冶金工业中自动化技术的运用研究[J].世界有色金属，2019(07):13-14.
[2]王少华.工业以太网交换机在自动化组网中的应用探析[J].现代工业经济和信息化，2019，9(04):55-56.