在工厂使用的以太网增强了坚固性

        这种向单一、基于标准技术的转移是一个向更开放体系架构的自然进程，因为制造商要向更高效率和更好性价比的工厂现场技术而进取。

        今天的很多工厂，背后有众多的设备供应商，这使制造商能够把工业以太网系统标准化以及合并不同类型的流行网络架构。这种自然融合（办公室的融合已经在十年前就完成了）为工厂工程师提供了更大的节约规模、大量的技术创新资源、和智能特性－通过控制网络大大地增加了对制造设备的控制。

        “我们全力主推以太网，把它作为一种用于工厂现场制造系统的技术，”道格 麦克艾多尼先生说，他是来自罗克韦尔自动化的NetLinx战略市场经理。“这种开放、广泛使用的标准网络技术，结合一种开放、公认的工业应用层协议－公共工业协议（CIP）－为车间现场提供极大灵活性和功能性，EtherNet/IP的解决方案有着众多的应用。”

        作为结果，公司能够在整个公司范围可靠、安全、智能地传送信息。这些能力将最终促进了端到端的信息流动，使制造商获得极高的效率和生产率。

今天，分段网络

        今天，很多制造公司维持网络分段已有很多年了。这些网络通过裁剪，满足了各种不同的信息流和控制的要求。

        •公司的信息技术（IT）网络支持传统的行政管理功能，诸如人事、财务、和采购。这个网络基于通用的以太网标准。 
        •控制级网络连接控制和监视设备，包括可编程逻辑控制器（PLC），基于PC的控制器，I/O机架，和人机界面（HMI）。这个网络，在过去不是以太网，需要用一台路由器或者，在多数情况下，一台网关，把特定的应用协议“翻译”成基于以太网的协议。这种翻译使信息能够在工厂现场控制网络和公司网络基础架构之间传送，否则信息就无法连通。
        •设备级网络连接工厂现场的I/O设备，诸如各种传感器和变送器（光电开关、行程开关、温度计、流量计等），和其他自动化和运动控制设备，诸如机器人、变频器、和执行器。这些设备之间的连接通常使用高可靠但带宽受限的协议，并可以和上级网络互连。

        这些网络现在演进到要支持不同类型和格式的信息流，以及在高电磁噪声和不同温度环境条件下工作。另外，要维持多种不同类型的现场总线也提出了巨大的挑战。

        低功效和低生产率：这是来自多数传统非以太网网络的天性，工厂现场与高层软件实体－企业资源计划（ERP）和制造执行系统（MES）之间共享数据非常困难－在公司网络和工厂现场总线之间需要适配的网关。这个网关功能限制了执行实时排产、监视和维护系统。

        高成本：传统的制造系统通常都有私有的1层（电缆和信号）传输架构。这些接口因为供应商较少，会导致价格昂贵。

        高复杂性和重复培训：多数组织已经进行了关于以太网的技术培训，支持他们的公司网络。基于以太网的控制系统可以组织这些专家，专注于这种网络技能的培训，这种单一网络架构可以被多种控制设备所共享，减少了由于多种网络带来的复杂性。

        带宽和网络地址限制：共享带宽在今天仍可使用，因为大部分传统控制网络通常按每秒千位比特（kb）来测量，而最快的共享网络在多个节点之间的速度是每秒12兆位（Mbps）。这个带宽量限制了实时数据的传输，不可能集成某些设备（诸如数码相机），因为需要更大的吞吐量。即使有更大的带宽，也无法把一个给定设备配置一个IP地址。老网络本身也限制了轮询的数据（诊断、健康监视等）。

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进入工业以太网

        工业以太网提供一种更坚固的解决方案，低成本、大流量、线形拓扑结构。它采用一种价格不高的通用数据链接标准。

        把以太网用于工厂现场的数据传输经过很长时间的论证。对它的接受程度，这几年发生了戏剧性地增长，这要归功于它呈现出来的可靠性印象。比如，网络联盟，诸如开放DeviceNet供应商协会（ODVA），在他的规范中包括了工业型加固以太网电缆系统的详细内容。

        面向数据的网络，诸如我们在办公室使用的网络，设计成具有最大的带宽，而控制和设备层网络要设计成具有小延时、确定性的网络。在以太网的早期，因为有冲突问题，使得它在工厂现场应用中不能接受。

        今天的以太网（100兆比特，全双工，交换网络）显示的测量延时为微妙级－比现在多数工厂使用的网络速度快好几个数量级。因此，过去的多种网络结构很难与现在的以太网相比，可以满足工厂现场的吞吐量、可靠性、弹性和确定性需要。

        部署基于以太网的架构有很多方法。

工业以太网的优势

        基于以太网的控制应用非常适合于今天面对严峻挑战的制造业，以及快速进入将来。工业以太网能够容易地把一个公司管理层、控制层和设备层的网络统一为单一网络系统。

        增强型的吞吐量和高效率：使用一种高集成的网络，关键性任务信息能够在整个公司畅通、实时地流动。结果，制造商可以体验在协同、效率和工作质量方面的具大收益。另外，很多公司可以与其他商业伙伴共享来自工厂现场的过程数据，把他们的传统商务模式转变成电子商务模式。由于以太网支持IP寻址机制，一个公司具有电子协同供应商、客户和承包商的能力。合作伙伴可以非常高兴地访问确定的信息，诸如订单状态和出货数据，他们可以从他们的桌面实时访问这些信息。

        减少成本：使用标准以太网接口为工业现场带来了可观的规模经济效益。因为有上亿的以太网用户造就了低成本，并且还有特别针对制造应用的大量潜在设备和产品供应商。在一些实例中，成本可以降低一个数量级。

        巨大带宽和整体功能：以太网提供的带宽远远超过当今的其他网络系统－典型地在全双工从10 Mbps到100 Mbps的速度提升，使用交换技术，可以保证网络中所有节点的吞吐量。这个能力允许网络提供大量的、可行动信息。一个以太网网络，比如，允许实时地把详细控制信息传送到公司的企业资源计划（ERP）系统。因为具有足够的带宽，在网络上还可以增加其他应用信息，包括需要的其他同步数据、视频和声音的传送。

        线型网络结构：单一网络消除了实施、支持和维护三种或者多种不同系统的需求，减少了整体网络成本，提高了信息访问能力。

        制造商不再需要承受高成本和多种网络的功能限制。工业以太网具有为整个企业提供单一、高质量网络的潜能，充分降低成本，提升公司能力。

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附加智能服务

        公司应该选择具有智能的以太网产品。比起现存于许多制造环境的私有技术，工业以太网具有很多优势。但是必须注意：不是所有以太网解决方案功能是相同的。

        所谓的“智能”意味着什么？很明显，一个基于以太网方案应该提供额外的服务，这些服务使得网络有更多功能、可管理和更安全。对于工业环境，这些智能服务应该包括下面内容：

        •先进的安全：存在多种机制确保以太网的安全。制造商应该实施牢靠的安保机制，防止外界的入侵，以及确保内部通信维持私密。
        •虚拟局域网VLAN：为工厂现场数据提供虚拟分段，与所有其他数据和用户维持安保和隔离。
        •端口安保和访问控制列表ACL：在不同层，它们提供了安全过滤。这个能力允许一个网络管理员禁止/允许访问基于源、目标和应用类型的信息。访问可以基于物理参数（比如，端口号或者媒体访问控制MAC地址），因特网协议IP地址或者传输控制协议/用户报文协议TCP/UDP端口（运行于网络上的应用包基本上是可确定的）。 

        •快速生成树：生成树协议允许一个网络的快速收敛。如果问题出现在一个网络节点上，一个冗余备份链接会自动在线恢复。使用快速生成树，网络的恢复时间非常快，所有节点在小于1秒的时间里再次生成。这是著名的“亚秒收敛”。以前以太网部署缺少这个特性（导致收敛时间大于50秒）。快速生成树现在已经被电气电子工程师学会（IEEE）做成为新标准。
        •SNMP 的支持：简单网络管理协议（SNMP）事实上已经成为每个主要网络管理系统的基础。智能以太网设备必须支持SNMP，使它成为与工厂现存管理系统或者商业可用管理系统的接口。 
        •服务质量QoS：一个工业以太网可以传送多种不同类型信息，从路由数据到关键任务控制信息，再到宽带的视频或者声音。网络必须能够区分它们之间的差别，对不同类型的信息给予不同的优先级。服务质量机制就是要完成这个任务的。他们确保所有信息得到需要的带宽、优先级和延时，这样网络可以运行的更平稳、更高效。
        •IGMP侦听：因特网组管理协议（IGMP）侦听允许多播（也称组播）传送，这个功能可在交换机中进行管理。没有这个特性，控制网络中存在潜在的过载问题，有时会形成网络风暴。对于控制应用，IGMP侦听成为关键的特性。它采用一种生产者消费者模型（由一个网络设备生产数据流，由一个或者多个设备消费数据流）。

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