一、引言
计算机和网络技术的发展，引发了工厂自动化领域的深刻技术变革。控制系统结构向网络化、开放性方向发展已成为技术发展的主流趋向。以太网（ethernet）作为目前在管理信息系统（mis）中应用的局域网技术，在工厂自动化和过程控制领域也得到了越来越多的应用。
近年来，工业以太网技术的出现*改变了传统工业企业的设备网络架构，它使以太网的应用能够从工厂信息层向下延伸到控制和设备层，建立起一个统一标准、可靠互联的网络平台，从而消除所谓的自动化孤岛，实现企业内部从下至上的快速信息流动（即所谓透明工厂）。
越来越多的企业开始从过程控制数据中提炼信息，来实现企业智能化解决方案，并将其融入到企业内业或者外部的管理运营系统中。
二、工业以太网与民用以太网的区别
事实上，工业以太网除了在协议标准上与民用以太网相同（都遵从ieee802.3）之外，其他方面则有些差异。由于是专为工业数据传输通讯而设计，所以工业以太网更像是现场总线，或者数据传输网。表现在以下几个方面：
■网络拓扑结构：
民用太网多采用星型，其目的是分层和集中，设备端口数量大。
工业以太网则采用总线或环形，其目的是分布式系统的互联，设备端口数量少，总线或环形拓扑结构，具有网络可扩展性好、施工方便等优点：
■环境耐受力：
■民用以太网多用于办公环境，设备所处环境良好，无需考虑环境耐受力。
工业以太网必须能适应在恶劣环境下不间断运行，且须通过严格的工业标准测试。（包括：湿热、腐蚀、盐雾、强电磁干扰）
■可靠性：
工业现场的机械振动、气候（包括温度、湿度）、尘埃、腐蚀、电磁干扰等条件非常恶劣，因此对网络设备的可靠性提出了更高的要求。在基于以太网的控制系统中，网络成为关键性设备，系统和网络的结合使得可靠性成了自动化设备制造商的设计重点。高可靠重负荷设计的工业以太网能地满足这种要求。
工业以太网设备必有适应长时间不间断运行，为此产品是按照plc／dcs等工业控制设备的标准进行设计的：无散热风扇等机械转动部件；并具备很宽的温度范围（通常是0-60℃）；具有较高的平均*时间（mtbf值＞100000小时）
■抗*力：
为了避免电源干扰，工业以太网设备采用dc24v外部直流电源双路冗余供电，
为了避免线路传输干扰，工业以太网使用光纤作为长距离传输介质，因此工业以太网设备须内置光纤介质接口，如：多模光纤接口或单模光纤接口。
■可恢复性：
所谓可恢复性，是指当网络系统中任一设备或网段发生故障而不能正常工作时，系统能依靠事先设计的自动恢复程序将断开的网络重新链接起来，并将故障进行隔离，以使任一局部故障不会影响整个系统的正常运行，也不会影响生产装置的正常生产。
工业以太网通常使用光纤环网作为链路冗余，链路故障时，自愈时间＜1秒。以此保证网络系统的不间断运行。
■实时性：
为了保证工业数据传输的实时性，工业以太网使用低传输时延的交换设备，性能好的工业以太网设备，其传输时延是民用以太网设备的千分之几。这一指标甚至高于sdh或atm等传输网。
■确定性：
传统的共享以太网使用集线器（hub）作为网络连接设备，属于不确定性传输网络，不能满足实时数据的传输服务质量（qos）要求。工业以太网使用交换机（switch），并具有端口优先级设置，因而能保证实时数据传输的确定性
民用以太网当存在网络回路时，会产生广播风暴。为了避免这一现象，须采用生成树算法（spt）动态地重构网络，故障时的网络重构时间长（3-90秒），从而造成网络的不确定性。而工业以太网的冗余机制有确定的逻辑断点，因而保证了网络结构的确定性。
■可维护性：
可维护性是高可用性系统zui受关注的焦点之一。工业以太网通过制造商提供的网管软件进行故障定位和自动报警，使得故障能够得到及时地处理；同时网管软件还可以进行性能管理、配置管理、变化管理等内容。除此以外，工业级交换机还使用卡轨安装方式，甚至模块化单元来满足维修更换的快速性和便捷性，并使用直流24v电源供电，以保证检修安全。
■成本考虑：
与所有的工业设备投资一样，工业以太网考虑设备投资有效性（cost-efficiency），以保护用户的投资。表现为设备一次性投资略高，使用成本、学习成本和维护成本低，备件供应期长（一般为10年以上），设备升级换代须保持兼容性，并使用模块化结构以降低备件置存成本。
三、工业以太网在火力发电厂的应用
使用工业以太网组成发电厂的设备层与控制层网络，能有效提高网络连接的可靠性和数据传输的实时性，使不同厂家的设备进行无缝地互联，使分散控制和集中控制组合自如。
发电厂设备网络一般包括以下几类子网：
■机组dcs内部网络：用于dcs的操作层和控制层网络；
■辅机设备联网：构成水网、煤网、灰网，以及辅机集控网络；
■厂用电保护联网：微机保护装置的联网；
■电厂监控信息系统（sis）网络；
■数字化工业监视系统的现场网络；
发电厂网络应统一规划设计，采用统一的网管软件来监视与控制网络端口流量，并根据实际系统进行带宽计算，以避免带宽浪费和网络设备投资浪费。
带宽计算方法：
工业控制数据帧单位为64byte.
说明：（每个数据包＝64byte数据帧+8byte帧前置位+12byte帧间隙）
网络负载：
假定：某控制系统中，共有8000个i／o点（包括di，do，ai，ao及脉冲量）
极限情况下，每个i／o用一条命令读写，即8000数据包
在工控通讯中，每一条通讯命令，都需要回送确认，即8000×2＝16000数据包
假设上位机采样周期为0.5s,即16000／0.5s＝32000数据包/s
采用100m交换式网络，半双工通讯。则控制系统统总带宽为：
100mbps×32000数据包／148809包＝21.5mbps
该系统只需22mbps带宽。网络负载为：32000／148809＝221.5%
考虑工控通讯的回送确认，即基本上是对称网络，则
100m全双工通讯方式下，该控制系统的网络负载为：32000／148809／2＝10.75%
实时性说明：
计算机控制系统的响应时间由以下三方面决定：
1）上位机软件的响应时间；2）网络传输时间；3）控制器的响应时间；
其中，网络传输时延是网络实时性的主要指标。
网络实时性影响：系统响应时间、采样周期、系统稳定性，以及事件分辨率等等。影响网络实时性的因素有：
●包传输时延；
●包转发时延；
●线路传输时延；
包传输时延：
包转发时延：
性能优越的工业以太网交换机对于一个ethernet数据的交换转发时延仅为10-30微秒；
而一般民用以太风交换机的包转发时延为2-3毫秒，为工业以太网的数百倍。线路传输时延可以忽略不计
在100m网络情况下，50个工业以太网交换机串联，网络传输时延为：
50×（5.76微秒+10微秒）＝788微秒＜1毫秒。
即50个交换机串联时，以太网传输仍能够保证小于1ms的事件分辨率
由此可见，在实时性方面，工业以太网远远高于民用以太网。
四、工业以太网应用中的注意事项
网络安全性：
目前工业以太网已经把传统的3层网络系统（即信息管理层、监控执行层、过程控制层）合成一体，使数据的传输速度更快、实时性更高，同时它可以接入internet，实现了数据的共享，使工厂率地运作，但与此时同时也引入了一系统列的网络安全问题。
对此，一般可采用网络隔离的办法。如采用虚拟局域网（vlan,virtuelocalareanetwork）技术将内部不同的控制网络分开；采用网关或路由器将内部网络与外部网络分开。
因此，工业以太网应能支持vlan。在工业企业骨干网应用中，还应具备路由功能。
远距离传输：
在工业生产现场，生产装置一般都比较复杂，各测量和控制仪表的空间分布比较分散，彼此间的距离较远，有时设备与设备之间的距离长达数公里。
由于以太网的传输速率比较高（10、100、1000mb/s）,考虑到信号沿总线传播时的衰减速与失真等因素，以太网协议（ieee802.3协议）中对传输系统的要求作了详细的规定，如每一段双绞线的长度不得超过100m；使用同轴细缆时每段的zui大长度为185m；使用同轴粗缆时每段的zui能大长度为500m；对于距离较长的终端设备，可使用光纤介质进行连接。
由于使用同轴电缆不能进行全双工通信，故工业现场一般都采用双绞线或光纤作为传输介质。光纤传输的衰减小，能够适应远距离传输，且光纤传输具有较好的电磁兼容性，可以大大提高工业网络的抗*力和可靠性。通过光纤连接，各控制域交换机的安装位置可选择在靠近现场设备的地方，交换机到现场设备之间则有用屏蔽双绞线。
五、结束语
采用工业以太网作为电厂管理一体化的网络平台，可以实现管理网络与控制网络的无缝连接，使管理层可以直接访问到控制层的实数据，使企业满足快速变的生产状态和市场竞争的需要。