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不管“工业4.0”还是“工业互联网”其技术本质都是自动化与信息化的深度融合。在融合的过程中网络会不断地增长。不断增长的网络复杂度为工业控制网络的设计方法提出了新的挑战。

        目前实际工业应用的网络一般由控制工程师成设计，网络性能主要由控制工程师经验决定。但是随着网络复杂度增加，这难以保持高效与可靠。在大规模网络中，如何确定网络性能的瓶颈变得非常的棘手。并且，小规模网络中获取的网络设计经验未必适用于大规模网络。控制工程师设计工业控制网络需要保障网络 QoS 性能，避免工业控制网络的性能成为工业自动化系统性能的瓶颈。

        工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为Zui受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显。 工业以太网制造现在信息的强大性跟控制的快捷性，能够实现快速的串联跟控制，为现代工业制造实现真正意义上的“E网到底”奠定了良好的基础。工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的zuijia解决方案，也是当前现场总线中的主流技术（如下图1是工业以太网在工业控制系统的各个层级的应用）。

图1、工业以太网在自动化系统各个层级的应用

        在上图中虽然从网络的网络上在自动化系统的各个层级都可以是以太网，但在各个层级上的以太网上运行的协议并不相同，这是由于控制系统的应用决定的。在控制系统的各个层级对传输的数据量、响应时间、传输的频次等的要求如下图2所示。

图2、控制系统各个层级的不同要求

        控制系统各个层级的不同要求，使得工业控制网络的规划不能简单地复制IT网络的网络规划。对自动化的控制网络不但考虑网络的规模的大小，还需要考虑自动化不同层级的特点。

        所以对于自动化系统的工业以太网络，可以从如下的几个角度去规划和设计网络，如下图3所示。

图3、自动化系统的工业以太网的考虑因素

一、根据网络规模/网络节点数量多少来规划网络

        既然工业以太网是由以太网发展而来，所以工业以太网具有以太网的一些特点。对于工业以太网的规划可以参考IT网络规划的一些原则（这是工业以太网规划考虑的一个方面）。对于IT网络的规划往往是从网络规模的大小来规划网络。对于一个小型网络可能只规划一个广播域即可；而对于大型的网络则需要规划多个广播域如下图4和下图5所示。

图4、小型网络采用扁平的网络结构

图5、大型网络采用分层/分广播域的网络结构

        上面的网络规划采用的以太网的星型和线性的拓扑结构，若需要更高的网络可用性可采用冗余的网络结构（环型或网状型的网络结构）。考虑使用何种网络冗余架构还需要结合对实时性的要求来考虑。在工业控制层比较多的使用的是环网的网络拓扑结构来提高网络的可用性，如下图6的示例。

图6、环网实现高可用性