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工業以太網市場潛力無限
http://www.debgrams.com 2006-04-13 10:11 來源：現代制造
以太網市場潛力無限
施耐德電氣中國公司 新產品發展經理華镕先生：施耐德電氣是工業以太網的堅定支持者，也是極力推薦者和使用者，早在1998年，國內很多廠商正在極力推廣現場總線的時候，施耐德已經在各種展覽會和介紹會上，演講ModbusTCP和基于因特網、Web技術的“透明工廠”的解決方案了。
8年的時間飛速而過，我們可喜地看到：越來越多的用戶、廠商、集成商在使用帶以太網接口的產品，隨著以太網設備（集線器、交換機、收發器等）的價格走低（每年約下降10％～15％），以太網方案會有更大的市場。
“一網到底”并非神話，而是實實在在的解決方案，比如施耐德電氣已經提供了從上至下的以太網方案。但對用戶來說，滿足他們的需求未必就一定要一個單一的統一網絡實現。用戶不希望在所有的項目中，使用同一廠家的產品；同時，為了保護已有的用戶投資，也沒必要使用同一種網絡；這就有了不同網絡的互連問題。目前有很多廠商提供不同網絡的連接解決方案，例如施耐德也提供從Modbus和Modbus＋到以太網的網關產品，就是要滿足用戶的這類需求。
最近幾年，各個廠商在工業以太網上做了巨大的投資和研發，已經取得了重要成果，比如：IEC已經通過了14種推薦的工業以太網標準。所以，用戶可以按照自己的要求，選擇不同的以太網協議和相關的產品，而且不同的以太網產品可以在同一個以太網上共存。
現場總線和工業以太網將并存多年
羅克韋爾自動化 CIP工業網絡工程師何華先生：將以太網用于工業場合已經走過了十幾年的歷程，羅克韋爾自動化是第一個將以太網用于工業場合的自動化公司。據ARC的統計，2004年，EtherNet/IP在工業以太網的市場占有率為25.4%，領先于其他眾多工業以太網。EtherNet/IP現在已經是比較成熟的工業以太網，它基于標準TCP/IP以太網和通用工業協議（CIP）來解決實時性、功能安全、確定性和穩定性。例如，通過CIP Safety來解決網絡的功能安全，通過CIP Sync來解決網絡設備的時間同步（正負100 ns），通過CIP Motion來滿足更高實時要求的分布式伺服控制，并且，結合成熟的以太網絡安全技術和系統來構筑EtherNet/IP的網絡安全。羅克韋爾自動化也在不斷發展和提供整體的信息安全解決方案。
工業以太網在一些行業的應用上已經真正實現了一網到底，但對于另一些行業，現場總線和工業以太網將會并存多年。網絡故障的快速恢復、本質安全等問題依然是制約以太網全面應用的主要障礙，相信隨著技術的進步，工業以太網將有著更廣泛的應用，并為用戶提供更多價值。
由于工業以太網的眾多優點，特別是IT的無縫集成以及傳統現場總線無法比擬的帶寬，工業以太網在未來的5年估計將會有每年30％～40％的復合增長率。在中國市場，也將會有更大的增長率，但是實現這個增長可能會比全球推遲2～3年，在最初的2～3年也可能會有20％以上的增長。
工業以太網走入實際應用
安徽金隆銅業有限公司 工務部部長王習慶先生：我認為工業以太網技術的優勢體現在：應用廣泛；成本低廉，目前，其網卡的價格只有CONTROLNET等專用網卡的十分之一或更低；通信速率高；軟硬件資源豐富；可持續性強，人們已自然地接受以太網這種通信方式，由此會吸引大量的技術投入，也就保證了以太網技術會得到更加快速和持續的發展；兼容性好；工控廠家的廣泛支持和應用。由于以上原因和技術進步，無論是國外知名的DCS廠商還是PLC廠商，出于各方面的因素的考慮，都紛紛推出了各自的工業以太網產品和網絡體系，以適應市場需求；并且也在技術上加以改進，以使其適應工業控制方面的要求。
另一方面，工業以太網技術的不足在于：缺乏統一的工業以太網硬件標準，在工業以太網線纜，接插件等方面均無統一標準；無統一的工控的應用層協議，由于以太網技術規范只定義了物理層和數據鏈路層，在其上的網絡層和傳輸層協議，目前以TCP/IP協議為主。
而在與用戶應用程序接口的應用層協議中，數據結構等特性不適應工控的實時通信。因此，還要有個統一的應用層規范；實時性控制，雖然目前以太網的發展取得了本質的飛躍，產生了高速（100M）和千兆以太網，并且廣泛采用交換機和全雙工、信息優先級等技術來避免沖突和碰撞，改進容錯技術等。但在應用過程中，還是要求謹慎地控制和核算系統的負荷，應控制在25%以下，以保證系統的可靠性。
作為有色金屬行業企業，我認為國內用戶采用以太網技術應有以下考核指標：
● 產品的適應能力，主要是產品能否適應工業控制場所的各種環境，如粉塵、溫度、污染、電磁干擾等，以及靈活多樣的安裝形式。
● 系統的可靠性，主要是通信過程中對數據傳輸的實時性、有效性和容錯能力。
● 系統的兼容性，指與其他廠家或通用以太網之間能否實現數據通信，從而最大限度地發揮以太網的優勢。
系統的安全性，作為工業產品由于其具有較強的通用性，同時也就不可避免地要充分考慮網絡系統的安全，增加防護措施。
系統實時監控，由于負荷對系統的可靠和安全影響很大，因而對其進行實時監控就十分重要，也便于解決通信中的其他問題。
我公司在采購自動化設備時，已經非常重視與以太網的兼容性。其中絕大多數已具備以太網通信接口，并且也有很多實際應用，主要是在監控層和生產管理信息化部分。其種類有DCS、PLC、PROFACE等，主要品牌有AB、GE、SIEMENS、HONEYWELL、PHOENIX等。
如何實現“一網到底”
赫思曼電子（上海）有限公司 自動化網絡解決方案部胡俊博士：從長遠角度來看，一網到底是一種趨勢。目前在工廠網絡的各個層次也都朝向以太網這個統一的平臺——以太網發展，但是在各層之間的連接往往通過采用PC、PLC或其他專用設備作為網關加以實現，而這些網關造成了同質網絡之間的相互隔離，從而使從上到下完全透明的工廠網絡成為一種理想。
如果需要實現一網到底，需要解決三個問題：
首先是應用層協議的統一。目前不少人認為工業以太網的應用層協議將來的發展可能會是多個標準的集合，就像現場總線國際標準一樣。但是對于一個企業，它可以指定惟一一種標準協議，在此基礎上實現一網到底。
第二，一網到底需要做到實時域與非實時域的隔離；一網到底意味著企業網絡與工業網絡直接連接，企業網絡對實時性的要求不高，而工業網絡有比較高的要求，甚至專用的實時協議還包括一些特別的報文。為了保證實時域與非實時域之間、一個實時域和另一個實時域之間不相互干擾，必須對實時域與非實時域進行隔離。比如一個PowerLINK的實時網絡在連接到上一級網絡時必須采用EPL網關，這個網關對于以太網協議是透明的，只是將實時報文和同步信息限制在實時域中。
第三，一網到底必須考慮網絡安全。在工業網絡與企業網絡之間、在有線網絡和無線網絡之間、企業網絡和INTERNET之間必須采用防火墻。赫思曼公司從2004年就推出了七層解析的完全狀態工業級防火墻，該防火墻已經增加了卡巴斯基防病毒引擎，2005年已經在揚子BASF安裝了21臺，滿足了需要“一網到底”的企業對于安全性方面的要求。
“一網到底”并非遙不可及
研華工業自動化事業群工業通信產品經理鄧敏女士：目前看來，要實現企業真正的工業以太網“一網到底”，確實存在一定的障礙，比如實時性，以太網存在實時數據和非實時數據競爭網絡資源的情況，但是隨著以太網交換機的引入、合適的調度策略的應用，一定程度上緩解了這種現象并可能最終得到解決。還有多播的問題，目前也有公司開發了一些協議，比如CGMP(思科組管理協議) 、IGMP Snooping(互聯網組管理協議竊聽)和GMRP(GARP多播注冊協議)，來解決此問題。
除了以上提到的技術層面的問題，更加現實的是現有底層智能儀器儀表的開發或者改進，使之能夠支持以太網接口和TCP/IP協議。以太網在工廠底層的應用，依賴于大量支持以太網接口和TCP/IP協議的底層智能儀表的出現。它們主要完成對現場設備的工作和狀態參數的采集，并通過網絡接口與高層網絡進行通信，除此之外，還應支持HTTP、FTP和工業以太網應用層協議等，以便通過互聯網和企業網對設備進行監控和管理。
由于目前企業內傳統儀器儀表占絕大多數，這也是“一網到底”的瓶頸之一，一些公司已經開發出以太網接口模塊，比如研華公司的工業通信產品線中的端口服務器系列如ADAM-457×/EDG-450×可以把支持串行通信的傳統設備直接連入以太網;除了支持虛擬串口傳輸方式，還支持TCP/IP協議。
我相信隨著工業以太網技術問題的逐步得到解決，企業的現場設備和儀表支持以太網接口和TCP/IP協議的改造成功，“一網到底”似乎并不是一個遙遠的夢。
最后，工業以太網產品必須與其他聯網設備集成才能真正發揮技術優勢，已經有一些大廠商在著手推出“工業聯網解決方案”，研華公司作為知名專業的工控企業，提出了“Connect to the eWorld”以及“Ethernet links anywhere”的工業設備聯網解決方案。
我看工業以太網
MOXA華東區工業以太網業務主管馬鋒先生：我們今天可以看到許多在兩三年前按兵不動的廠商已經紛紛推出自己的工業以太網產品，如西門子、Phoenix Contact等。據業內著名的市場調查公司美國ARC Group針對國內工業以太網市場提供的報告稱，2002 ～2007年間，每年的工業網絡接口遞增率高達84%！而2003～2008年間，與工業以太網緊密相關的DCS產品和PLC產品的市場容量年增長率分別高達15%和14%。可以說在2004年以前，國內工業以太網的市場還處于開發初期，其概念和產品對國內用戶來講還是一個新鮮事物，用戶對產品的選擇相對保守。在進入2004年以后，用戶渡過了最初的接觸期，對此類概念已逐步了解掌握，對產品及方案的選擇趨于多樣。而在進入2006年以后，整個市場步入了快車道，將呈現出更快速增長，我個人預計這種增長有可能是井噴式的增長。
有人稱工業以太網是個萬能膠，我覺得很形象。因為它幾乎在每一類工業領域都有涉足：電力、交通、石化、冶金、安防、水處理等等。未來國內工業以太網市場的應用前景將更加廣闊，許多以前從未涉足的相對保守的領域內也將看到工業以太網的身影。
施耐德電氣中國公司 新產品發展經理華镕先生：施耐德電氣是工業以太網的堅定支持者，也是極力推薦者和使用者，早在1998年，國內很多廠商正在極力推廣現場總線的時候，施耐德已經在各種展覽會和介紹會上，演講ModbusTCP和基于因特網、Web技術的“透明工廠”的解決方案了。
8年的時間飛速而過，我們可喜地看到：越來越多的用戶、廠商、集成商在使用帶以太網接口的產品，隨著以太網設備（集線器、交換機、收發器等）的價格走低（每年約下降10％～15％），以太網方案會有更大的市場。
“一網到底”并非神話，而是實實在在的解決方案，比如施耐德電氣已經提供了從上至下的以太網方案。但對用戶來說，滿足他們的需求未必就一定要一個單一的統一網絡實現。用戶不希望在所有的項目中，使用同一廠家的產品；同時，為了保護已有的用戶投資，也沒必要使用同一種網絡；這就有了不同網絡的互連問題。目前有很多廠商提供不同網絡的連接解決方案，例如施耐德也提供從Modbus和Modbus＋到以太網的網關產品，就是要滿足用戶的這類需求。
最近幾年，各個廠商在工業以太網上做了巨大的投資和研發，已經取得了重要成果，比如：IEC已經通過了14種推薦的工業以太網標準。所以，用戶可以按照自己的要求，選擇不同的以太網協議和相關的產品，而且不同的以太網產品可以在同一個以太網上共存。
現場總線和工業以太網將并存多年
羅克韋爾自動化 CIP工業網絡工程師何華先生：將以太網用于工業場合已經走過了十幾年的歷程，羅克韋爾自動化是第一個將以太網用于工業場合的自動化公司。據ARC的統計，2004年，EtherNet/IP在工業以太網的市場占有率為25.4%，領先于其他眾多工業以太網。EtherNet/IP現在已經是比較成熟的工業以太網，它基于標準TCP/IP以太網和通用工業協議（CIP）來解決實時性、功能安全、確定性和穩定性。例如，通過CIP Safety來解決網絡的功能安全，通過CIP Sync來解決網絡設備的時間同步（正負100 ns），通過CIP Motion來滿足更高實時要求的分布式伺服控制，并且，結合成熟的以太網絡安全技術和系統來構筑EtherNet/IP的網絡安全。羅克韋爾自動化也在不斷發展和提供整體的信息安全解決方案。
工業以太網在一些行業的應用上已經真正實現了一網到底，但對于另一些行業，現場總線和工業以太網將會并存多年。網絡故障的快速恢復、本質安全等問題依然是制約以太網全面應用的主要障礙，相信隨著技術的進步，工業以太網將有著更廣泛的應用，并為用戶提供更多價值。
由于工業以太網的眾多優點，特別是IT的無縫集成以及傳統現場總線無法比擬的帶寬，工業以太網在未來的5年估計將會有每年30％～40％的復合增長率。在中國市場，也將會有更大的增長率，但是實現這個增長可能會比全球推遲2～3年，在最初的2～3年也可能會有20％以上的增長。
工業以太網走入實際應用
安徽金隆銅業有限公司 工務部部長王習慶先生：我認為工業以太網技術的優勢體現在：應用廣泛；成本低廉，目前，其網卡的價格只有CONTROLNET等專用網卡的十分之一或更低；通信速率高；軟硬件資源豐富；可持續性強，人們已自然地接受以太網這種通信方式，由此會吸引大量的技術投入，也就保證了以太網技術會得到更加快速和持續的發展；兼容性好；工控廠家的廣泛支持和應用。由于以上原因和技術進步，無論是國外知名的DCS廠商還是PLC廠商，出于各方面的因素的考慮，都紛紛推出了各自的工業以太網產品和網絡體系，以適應市場需求；并且也在技術上加以改進，以使其適應工業控制方面的要求。
另一方面，工業以太網技術的不足在于：缺乏統一的工業以太網硬件標準，在工業以太網線纜，接插件等方面均無統一標準；無統一的工控的應用層協議，由于以太網技術規范只定義了物理層和數據鏈路層，在其上的網絡層和傳輸層協議，目前以TCP/IP協議為主。
而在與用戶應用程序接口的應用層協議中，數據結構等特性不適應工控的實時通信。因此，還要有個統一的應用層規范；實時性控制，雖然目前以太網的發展取得了本質的飛躍，產生了高速（100M）和千兆以太網，并且廣泛采用交換機和全雙工、信息優先級等技術來避免沖突和碰撞，改進容錯技術等。但在應用過程中，還是要求謹慎地控制和核算系統的負荷，應控制在25%以下，以保證系統的可靠性。
作為有色金屬行業企業，我認為國內用戶采用以太網技術應有以下考核指標：
● 產品的適應能力，主要是產品能否適應工業控制場所的各種環境，如粉塵、溫度、污染、電磁干擾等，以及靈活多樣的安裝形式。
● 系統的可靠性，主要是通信過程中對數據傳輸的實時性、有效性和容錯能力。
● 系統的兼容性，指與其他廠家或通用以太網之間能否實現數據通信，從而最大限度地發揮以太網的優勢。
系統的安全性，作為工業產品由于其具有較強的通用性，同時也就不可避免地要充分考慮網絡系統的安全，增加防護措施。
系統實時監控，由于負荷對系統的可靠和安全影響很大，因而對其進行實時監控就十分重要，也便于解決通信中的其他問題。
我公司在采購自動化設備時，已經非常重視與以太網的兼容性。其中絕大多數已具備以太網通信接口，并且也有很多實際應用，主要是在監控層和生產管理信息化部分。其種類有DCS、PLC、PROFACE等，主要品牌有AB、GE、SIEMENS、HONEYWELL、PHOENIX等。
如何實現“一網到底”
赫思曼電子（上海）有限公司 自動化網絡解決方案部胡俊博士：從長遠角度來看，一網到底是一種趨勢。目前在工廠網絡的各個層次也都朝向以太網這個統一的平臺——以太網發展，但是在各層之間的連接往往通過采用PC、PLC或其他專用設備作為網關加以實現，而這些網關造成了同質網絡之間的相互隔離，從而使從上到下完全透明的工廠網絡成為一種理想。
如果需要實現一網到底，需要解決三個問題：
首先是應用層協議的統一。目前不少人認為工業以太網的應用層協議將來的發展可能會是多個標準的集合，就像現場總線國際標準一樣。但是對于一個企業，它可以指定惟一一種標準協議，在此基礎上實現一網到底。
第二，一網到底需要做到實時域與非實時域的隔離；一網到底意味著企業網絡與工業網絡直接連接，企業網絡對實時性的要求不高，而工業網絡有比較高的要求，甚至專用的實時協議還包括一些特別的報文。為了保證實時域與非實時域之間、一個實時域和另一個實時域之間不相互干擾，必須對實時域與非實時域進行隔離。比如一個PowerLINK的實時網絡在連接到上一級網絡時必須采用EPL網關，這個網關對于以太網協議是透明的，只是將實時報文和同步信息限制在實時域中。
第三，一網到底必須考慮網絡安全。在工業網絡與企業網絡之間、在有線網絡和無線網絡之間、企業網絡和INTERNET之間必須采用防火墻。赫思曼公司從2004年就推出了七層解析的完全狀態工業級防火墻，該防火墻已經增加了卡巴斯基防病毒引擎，2005年已經在揚子BASF安裝了21臺，滿足了需要“一網到底”的企業對于安全性方面的要求。
“一網到底”并非遙不可及
研華工業自動化事業群工業通信產品經理鄧敏女士：目前看來，要實現企業真正的工業以太網“一網到底”，確實存在一定的障礙，比如實時性，以太網存在實時數據和非實時數據競爭網絡資源的情況，但是隨著以太網交換機的引入、合適的調度策略的應用，一定程度上緩解了這種現象并可能最終得到解決。還有多播的問題，目前也有公司開發了一些協議，比如CGMP(思科組管理協議) 、IGMP Snooping(互聯網組管理協議竊聽)和GMRP(GARP多播注冊協議)，來解決此問題。
除了以上提到的技術層面的問題，更加現實的是現有底層智能儀器儀表的開發或者改進，使之能夠支持以太網接口和TCP/IP協議。以太網在工廠底層的應用，依賴于大量支持以太網接口和TCP/IP協議的底層智能儀表的出現。它們主要完成對現場設備的工作和狀態參數的采集，并通過網絡接口與高層網絡進行通信，除此之外，還應支持HTTP、FTP和工業以太網應用層協議等，以便通過互聯網和企業網對設備進行監控和管理。
由于目前企業內傳統儀器儀表占絕大多數，這也是“一網到底”的瓶頸之一，一些公司已經開發出以太網接口模塊，比如研華公司的工業通信產品線中的端口服務器系列如ADAM-457×/EDG-450×可以把支持串行通信的傳統設備直接連入以太網;除了支持虛擬串口傳輸方式，還支持TCP/IP協議。
我相信隨著工業以太網技術問題的逐步得到解決，企業的現場設備和儀表支持以太網接口和TCP/IP協議的改造成功，“一網到底”似乎并不是一個遙遠的夢。
最后，工業以太網產品必須與其他聯網設備集成才能真正發揮技術優勢，已經有一些大廠商在著手推出“工業聯網解決方案”，研華公司作為知名專業的工控企業，提出了“Connect to the eWorld”以及“Ethernet links anywhere”的工業設備聯網解決方案。
我看工業以太網
MOXA華東區工業以太網業務主管馬鋒先生：我們今天可以看到許多在兩三年前按兵不動的廠商已經紛紛推出自己的工業以太網產品，如西門子、Phoenix Contact等。據業內著名的市場調查公司美國ARC Group針對國內工業以太網市場提供的報告稱，2002 ～2007年間，每年的工業網絡接口遞增率高達84%！而2003～2008年間，與工業以太網緊密相關的DCS產品和PLC產品的市場容量年增長率分別高達15%和14%。可以說在2004年以前，國內工業以太網的市場還處于開發初期，其概念和產品對國內用戶來講還是一個新鮮事物，用戶對產品的選擇相對保守。在進入2004年以后，用戶渡過了最初的接觸期，對此類概念已逐步了解掌握，對產品及方案的選擇趨于多樣。而在進入2006年以后，整個市場步入了快車道，將呈現出更快速增長，我個人預計這種增長有可能是井噴式的增長。
有人稱工業以太網是個萬能膠，我覺得很形象。因為它幾乎在每一類工業領域都有涉足：電力、交通、石化、冶金、安防、水處理等等。未來國內工業以太網市場的應用前景將更加廣闊，許多以前從未涉足的相對保守的領域內也將看到工業以太網的身影。
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