工业以太网

工业以太网内容题要•概述•工业以太网技术•工业以太网协议•几种常见的工业以太网•工业以太网技术的发展趋势与前景•随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。•工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的第成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商。概述•CustomersAskingforit•Customersthinkitwillbefaster,easierand•cheaper•Customerswanttouseexistingwire•Customersthinkitwillgivethembetter•connectivity•CustomersthinkEthernetisgoingtobethe•Fieldbuswinner为什么要用工业以太网?令牌网和以太网响应速度曲线以太网用于工业领域的可能性•随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。工业以太网的概念•所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。工业以太网技术•通信确定性与实时性快速以太网交换式以太网技术全双工通信又使得端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突•稳定性与可靠性专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备以太网用于工业领域的关键问题•Ethernet实时通信服务质量支持策略•满足通信一致性和互可操作性的应用层、用户层协议规范•网络可用性•网络安全性•本质安全与安全防爆技术以太网用于工业领域的关键问题•1、通信实时性问题•以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，其本质上是非实时的。平等竞争的介质访问控制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时性要求。因此以太网一直被认为不适合在底层工业网络中使用。需要有针对这一问题的切实的解决方案。•2、对环境的适应性与可靠性的问题•以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控制环境，其环境适应能力、抗干扰能力等是许多从事自动化的专业人士所特别关心的。在产品的设计时要特别注重材质、元器件的选择。使产品在强度、温度、湿度、振动、干扰、辐射等环境参数方面满足工业现场的要求。还要考虑到在工业环境下的安装要求，例如采用DIN导轨式安装等。像RJ45一类的连接器，在工业上应用太易损坏，应该采用带锁紧机构的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能力。•3、总线供电•在控制网络中，现场控制设备的位置分散性使得它们对总线有提供工作电源的要求。现有的许多控制网络技术都可以利用网线对现场设备供电。工业以太网目前没有对网络节点供电做出规定。一种可能的方案是利用现有的5类双绞线中另一对空闲线对供电。一般在工业应用环境下，要求采用直流10~36V低压供电。•4、本质安全•工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，就必须考虑本安防爆问题。这是在总线供电解决之后要进一步解决的问题。•在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为控制网络的通信技术只是工业以太网发展的一个方面，现有的许多现场总线控制网络都提出了与以太网结合，用以太网作为现场总线网络的高速网段，使控制网络与Internet融为一体的解决方案。•在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与互联网的融合，使控制网络无需经过网关转换即可直接连至互联网，使测控节点有条件成为互联网上的一员。在控制器、PLC、测量变送器、执行器、I/O卡等设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议嵌入WebServer便可形成支持以太网、TCP/IP协议和Web服务器的Internet现场节点。在应用层协议尚未统一的环境下，借助IE等通用的网络浏览器实现对生产现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们提出且正在实现的一个有效的解决方案。工业以太网协议•为满足工业现场控制系统的应用要求，必须在Ethernet+TCP/IP协议之上，建立完整的、有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输服务，形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应用层、用户层协议，进而形成开放的标准。工业以太网通信模型•对应于ISO/OSI七层通信模型，以太网技术规范只映射为其中的物理层和数据链路层；而在其之上的网络层和传输层协议，目前以TCP/IP协议为主（已成为以太网之上传输层和网络层“事实上的”标准）。而对较高的层次如会话层、表示层、应用层等没有作技术规定。几种常见的工业以太网•HSE(HighSpeedEthernet，高速以太网)•PROFInet•EPA•Ethernet/IPHSE(HighSpeedEthernet，高速以太网)•FF现场总线基金会明确将HSE定位成实现控制网络与互联网Internet的集成。•由HSE链接设备将H1网段信息传送到以太网的主干上并进一步送到企业的ERP和管理系统。操作员在主控室可以直接使用网络浏览器查看现场运行情况。现场设备同样也可以从网络获得控制信息PROFInetPROFInet包含3方面的技术：①基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统；②规定了Profibus和标准以太网之间的开放、透明通信；③提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。EPA•EPA是EthernetforProcessAutomation的缩写，它是顺应广大仪器仪表开发企业与最终用户的要求，将Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领域的主流技术直接向下延伸，应用于工业控制现场设备（如变送器、执行机构、现场I/O等）间的通信，并在此基础上，建立的应用于工业现场设备间通信的开放网络通信平台，从而用以太网统一企业信息化系统中从底层的现场设备层到上层的控制层、管理层的通信网络，即所谓的“E（Ethernet）网到底”。工业以太网技术的发展趋势与前景•工业以太网与现场总线相结合•工业以太网技术直接应用于工业现场设备工业以太网与现场总线相结合•物理介质采用标准以太网连线，如双绞线、光纤等；•使用标准以太网连接设备（如交换机等），在工业现场使用工业以太网交换机；•采用IEEE802.3物理层和数据链路层标准、TCP/IP协议组；•应用层（甚至是用户层）采用现场总线的应用层、用户层协议；•兼容现有成熟的传统控制系统，如DCS、PLC等；工业以太网技术直接应用于工业现场设备•实时通信技术•总线供电技术•远距离传输技术•网络安全技术•可靠性技术