工業以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。

　　近些年來，隨著網絡技術的發展，以太網進入了控制領域，形成了新型的以太網控制網絡技術。這主要是由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展，開放的、透明的通訊協議是必然的要求。

　　以太網技術引入工業控制領域，其技術優勢非常明顯。？工業以太網制造現在信息的強大性跟控制的快捷性，能夠實現快速的串聯跟控制，為現代工業制造實現真正意義上的“E網到底”奠定了良好的基礎。

　　工業以太網已經被業內認為是未來控制網絡的最佳解決方案，也是當前現場總線中的主流技術。工業化的新翹楚就由此誕生。

　　不管“工業4.0”還是“工業互聯網”其技術本質都是自動化與信息化的深度融合。在融合的過程中網絡會不斷地增長。不斷增長的網絡復雜度為工業控制網絡的設計方法提出了新的挑戰。

　　目前實際工業應用的網絡--般由控制工程師成設計，網絡性能主要由控制工程師經驗決定。但是隨著網絡復雜度增加，這難以保持高效與可靠。在大規模網絡中，如何確定網絡性能的瓶頸變得非常的棘手。并且，小規模網絡中獲取的網絡設計經驗未必適用于大規模網絡。控制工程師設計工業控制網絡需要保障網絡QoS性能，避免工業控制網絡的性能成為工業自動化系統性能的瓶頸。

　　工業以太網技術具有價格低廉、安穩牢靠、通訊速率高、軟硬件產品豐富、運用廣泛以及支持技術成熟等長處，已成為最受歡迎的通訊網絡之一。近些年來，跟著網絡技術的開展，以太網進入了操控范疇，形成了新式的以太網操控網絡技術。這主要是由于工業自動化體系向散布化、智能化操控方面開展，敞開的、透明的通訊協議是必定的要求。以太網技術引進工業操控范疇，其技術優勢十分顯著。 工業以太網制作現在信息的強壯性跟操控的方便性，能夠完成快速的串聯跟操控，為現代工業制作完成真實意義上的“一網到底”奠定了優良的基礎。工業以太網現已被業內認為是未來操控網絡的最佳解決方案，也是當時現場總線中的主流技術（如下圖1是工業以太網在工業操控體系的各個層級的運用）。

　　圖1、工業以太網在自動化系統各個層級的應用

　　在上圖中雖然從網絡的網絡上在自動化系統的各個層級都可以是以太網，但在各個層級上的以太網上運行的協議并不相同，這是由于控制系統的應用決定的。在控制系統的各個層級對傳輸的數據量、響應時間、傳輸的頻次等的要求如下圖2所示。

　　圖2、控制系統各個層級的不同要求

　　控制系統各個層級的不同要求，使得工業控制網絡的規劃不能簡單地復制IT網絡的網絡規劃。對自動化的控制網絡不但考慮網絡的規模的大小，還需要考慮自動化不同層級的特點。

　　所以對于自動化系統的工業以太網絡，可以從如下的幾個角度去規劃和設計網絡，如下圖3所示。

　　圖3、自動化系統的工業以太網的考慮因素

　　一、根據網絡規模/網絡節點數量多少來規劃網絡

　　既然工業以太網是由以太網發展而來，所以工業以太網具有以太網的一些特點。對于工業以太網的規劃可以參考IT網絡規劃的一些原則（這是工業以太網規劃考慮的一個方面）。對于IT網絡的規劃往往是從網絡規模的大小來規劃網絡。對于一個小型網絡可能只規劃一個廣播域即可；而對于大型的網絡則需要規劃多個廣播域如下圖4和下圖5所示。

　　圖4、小型網絡采用扁平的網絡結構

　　圖5、大型網絡采用分層/分廣播域的網絡結構

　　上面的網絡規劃采用的以太網的星型和線性的拓撲結構，若需要更高的網絡可用性可采用冗余的網絡結構（環型或網狀型的網絡結構）。考慮使用何種網絡冗余架構還需要結合對實時性的要求來考慮。在工業控制層比較多的使用的是環網的網絡拓撲結構來提高網絡的可用性，如下圖6的示例。

　　圖6、環網實現高可用性

　　二、根據自動化的層級規劃網絡

　　如圖1所示自動化系統的層級架構，由于各層級對傳輸的數據量、響應時間、傳輸的頻次等有不同的需求（如圖2所示），所以需要按照層級來規劃網絡，這樣可保證每個層級相對的獨立性（各通信協議互不影響）。此時可能的網絡規劃方案如下圖7所示。

　　圖7、根據自動化層級規劃網絡

　　按照圖7的規劃方式可以有效實現控制層級的數據流不會進入到現場層級的網絡中，進而保證現場網絡的實時性能不受其它層級的數據流的影響。從物理上保證了每個層級相對獨立性。

　　三、根據通信業務流類型規劃網絡

　　在相同的層級中也會存在著不同的業務數據流，它們對實時性的要求可能相同也可能不同。如下圖8所示。它們對實時性的要求相同但它們又屬于不同的業務流。

　　圖8、同一層級的不同的業務數據流

　　圖9、按照不同的業務流規劃網絡

　　四、根據設備的地理分布情況規劃網絡

　　在現場中根據工業的需求設備會安裝在不同的位置，將這些分布在不同地理位置上的設備連網。考慮的節約成本且使各工藝段的網絡相對清晰往往會按如圖10、圖11和圖12的方式來規劃網絡。

　　圖10、設備控制柜的網絡規劃

　　圖11、自動化單元間的網絡規劃

　　圖12、各工廠之間的網絡規劃

　　五、根據工業信息安全的需求規劃網絡

　　由于網絡規模的不斷增大，所以對各層級的網絡資源的訪問應該通過一種有效的方式控制。這樣可以實現數據流只允許在允許的范圍內流動。進而實現有效的流量管控。那么這種有效的方式就是網絡從信息安全的角度來規劃如下圖13所示。

圖13

       在網絡中增加一些安全設備實現數據流的控制。

　　對于自動化系統網絡的規劃不能從上面所述的這幾個方面的某一方面考慮，而是需要全面地綜合上述的這些因素來規劃出一個合理高效的網絡。

　　工業以太網網絡規劃總的原則如下：

　　（1）在項目的起始階段進行合理的規劃，考慮系統層面的網絡優化，以獲得更好的數據傳輸質量，節省設備的投資成本和網絡安裝調試的時間成本。

　　（2）合理的使用樹形拓撲分割網絡沖突域，盡量不要使用交換機的級聯結構，因為數據幀在網絡中傳遞時，每經過一個交換機，延遲的時間就要積累下來。

　　（3）使用樹形拓撲網絡時，按照現場設備之間的通信關系組網。相互之間通信流量比較大的兩個現場設備盡可能分布到同一個子網，使子網內的通信流量盡可能大，跨越頂級交換機的兩個子網間傳輸的數據幀盡可能少，這樣可以有效減小網絡端到端的延遲。

　　（4）局部的網絡擁塞有可能導致整個網絡性能的瓶頸，因此各子網通過頂級交換機轉發的流量要盡可能均衡分布。