工业实时以太网
以太网的由来
以太网（Ethernet）最初是由美国xerox公司于1975年提出的一种局域网，以无源电缆作为总线来传送数据，并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太（Ether）来命名，而现在证明这种传播电磁波的介质“以太”其实并不存在。1980年9月，DEC、Intel和xerox合作，公布了以太网的物理层和数据链路层的规范，称为DIX规范。IEEE802.3是由美国电气与电子工程师协会IEEE在DIX规范基础上进行了修改而制订的标准，并由国际标准化组织ISO接受而成为ISO8802.3标准。严格来讲，以太网与ISO8802.3标准并不完全相同，但人们通常却将IEEE802.3认为是以太网的标准。
以太网的特点和好处
与其他现场总线或工业通信网络相比，以太网有以下特点：
(1)应用广泛。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持，几乎所有的编程语言都支持其应用开发。
(2)成本低廉。由于以太网的应用最为广泛，因此受到硬件开发商与生产厂商的高度重视与广泛支持，有多种产品供用户选择。而且由于应用广泛，硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有现场总线的1/10，而且随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步降低。
(3)通信速率高。目前通信速率为10M、100M的快速以太网已广泛应用，1000M的技术也已成熟，10G的以太网也正在研究之中。
(4)软硬件资源丰富。由于以太网已应用多年，人们对以太网的设计应用等方面积累了很多经验，大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用，从而可显著降低系统的整体成本，并大大地加快了系统的开发和推广速度。
(5)可持续发展潜力大。由于以太网的广泛应用，使其发展一直受到广泛的重视，并得到大量技术的投入。信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
(6)由于与Internet连接能够实现办公自动化网络与工业控制网络信息的无缝集成，因此工业网络采用以太网就可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外，从而使工业控制网络与信息网络技术互相促进、共同发展，并保证技术上的可持续发展，在技术升级方面无需单独的研究投入。
正因为如此，自20世纪90年代中后期，以太网在工业自动化领域就开始得到应用。如今以太网已成为企业信息管理层（ERP企业资源管理）、制造执行层（MES）和过程控制层（PCS）的首选，并有逐渐向下延伸到直接应用于工业现场仪表的趋势。所谓“e”网到底，就是这个意思。
工业以太网
以太网是专门为办公自动化设计的，所以要用于工业领域还要改进。所谓工业以太网，是指在技术上与商用以太网（IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度和适用性方面能满足工业现场的需要。具体来讲，要满足环境适用性、安全性、可靠性的要求。
为此国际上成立了一些工业以太网组织，如工业以太网协会、工业自动化开放网络联合会、IDA小组等。另外，一些现场总线组织，如FF也在其低速现场总线H1的基础上推出了基于以太网的高速总线HSE（High Speed Ethernet）。
工业实时以太网
由于以太网不是专门为工业应用而设计的，因此其通信机制是采用CSMA/CD，即载波侦听多路访问/冲突检测，其主要思想可用“先听后说，边说边听”来形象地表示。CSMA/CD的优势在于站点无需依靠中心控制就能进行数据发送，当网络通信量较小时，冲突很少发生，这种介质访问控制方式是快速而有效的。当网络负载较重的时候，就容易出现冲突，网络性能也相应降低。
以太网先天上就没有实时性，但也可以看到，在网络负荷轻的时候冲突很少发生。随着以太网带宽的迅速提高，数据传输的实时性不断提高，也使以太网逐渐趋于实时性和确定性。因此，如通过精心设计，采取各种有效措施，可以使以太网成为在时间上有确定性的实时通信系统。按照目前的水平，工业以太网的响应时间可小于4ms，几乎可以满足所有工业过程控制的要求。
那么如何使工业以太网具有实时性呢？首先，可以增加通信网的带宽。事实证明，当网络负荷在30%时，其实时性与具有实时性的ARC net相当，而小于30%时还优于ARC net。采用工业以太网交换机也是一种方法，在以太网交换机组成的网络中，每个端口就是一个冲突域，各个冲突域通过交换机进行隔离，实现了系统中冲突域的连接和数据帧的交换。此外还可以采用全双工通信、按优先级发送信息、将经常需要通信的站点放在同一个子网段内等措施来使工业以太网具有实时性。
现状、存在问题与发展趋势
目前现场总线和实时以太网的国际标准加起来有20种。其中实时以太网适合过程自动化（PA）的有我国浙江中控开发的EPA（Ethernet for Plant Automation）；适用于工厂自动化（FA）的有Profinet；适用于运动控制（Motion Control）的有EtherCAT及SERCOS Ⅲ等。
目前EPA正处于实施产业化的过程，上自仪、川仪等公司正在准备推出EPA的现场仪表，有的已在小规模试用；Profinet分CBA（基于自动化的组件）与I/O Link两部分，CBA可以按照FA的各种工艺流程做成电子组件。在实施工程建设的过程中，易于拼装是其优点，如对饮料的灌装过程，可分为洗瓶、灌装及打包三个部分。所以这种办法对工厂自动化很有用，但对于过程自动化则有些问题。因为大部分PA与热交换过程有关，而热交换的数学模型十分复杂，有时很难建立。而在现场仪表方面，供电与防爆问题还未妥善解决；EtherCAT目前已经在运动控制方面有所应用。
对PA而言，目前实时以太网要妥善解决的问题是现场仪表的供电与防爆的问题；由于实时以太网采用了全双工以后，电缆的芯数增加了，全双工要用4芯电缆，加上供电至少要用6芯电缆，比起现场总线只需要2芯的双绞线而言，电缆的芯数增加了；实时以太网可以实现“e”网到底，其优点是从现场仪表收集到的信息可以无缝连接地传到企业的管理层（ERP）去，但需要实际的验证。这就要设置一个大型规模的示范工程才行，因为工程大，测点会多，MES层的功能如先进控制（APC）、生产调度等都会有，这样才能体现无缝连接的优点，光是小工程的应用是体现不出来的；目前Profinet在实时以太网深入到现场仪表这方面进展缓慢，只能靠Profinet-PA现场仪表接入到Profinet系统中才能实现。
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