工业以太网
工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。
要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求,则需要考虑所选择产品的高级功能如:信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同,自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求,挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求,工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM),都有各自不同的优势和特点,控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。
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相关协议
总体概述
当以太网用于信息技术时,应用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协议,但当它用于工业控制时,体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议,至21世纪,还没有统一的应用层协议,但受到广泛支持并已经开发出相应产品的有4种主要协议:HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。
HSE
基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范,称HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太网协议IEEE802.3,TCP/IP协议族与FFIll的结合体。FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网 络与Internet的集成。
HSE技术的一个核心部分就是链接设备,它是HSE体系结构将Hl(31.25kb/s)设备连接 100Mb/s的HSE主干网的关键组成部分,同时也具有网桥和网关的功能。网桥功能能够用于连接多个H1总线网段,使同H1网段上的H1设备之间能够进 行对等通信而无需主机系统的干涉;
网关功能允许将HSE网络连接到其他的工厂控制网络和信息网络,HSE链接设备不需要为H1子系统作报文解释,而是将来自H1总线网段的报文数据集合起来并且将Hl地址转化为IP地址。
Modbus
Modbus TCP/IP
该协议由施耐德公司推出,以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中,使Modbus与以太网和TCP/IP结合,成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式,每一个呼叫都要求一个应答,这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合,使交换式以太网具有很高的 确定性,利用TCP/IP协议,通过网页的形式可以使用户界面更加友好。
利用网络浏览器便查看企业网内部设备运行情况。施耐德公司已经为Mod-bus注册了502端口,这样就可以将实时数据嵌人到网页中,通过在设备中嵌入Web服务器,就可以将Web浏览器作为设备的操作终端。
ProflNet
针对工业应用需求,德国西门子于2001年发布了该协议,它是将原有的Profibus与互联网技术结合,形成了ProfiNet的网络方案,主要包括:
基于组件对象模型(COM)的分布式自动化系统;
规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间的开放、透明通信;
提供了一个独立于制造商,包括设备层和系统层的系统模型。
ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质,采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。
现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到ProfiNet网络当中,使整Profibus设备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信,并通过OLE自动化接口实现COM对象间的 调用。
Ethernet
Ethernet/IP
Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International两大工业组织推出的最新成员与Device Net和Control Net一样,它们都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)协议的网络。它是一种是面向对象的协议,能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等) 的有效传输。
Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的应用层协议CIP。因此,它们使用相同的 对象库和一致的行业规范,具有较好的一致性。Ethernet/IP采用标准的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包,这样通用且开放的应 用层协议CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协议,就构成Ethernet/IP协议的体系结构
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网络优势
工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术,在技术上与商用以太网(即IEEE 802.3标准)兼容,但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时,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、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。然而工业以太网的优势在哪里呢?
一、应用广泛