工业乙太网 _生活百科

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工业乙太网【工业乙太网】工业乙太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网路。工业乙太网，提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部网际网路(Intranet)，外部网际网路(Extranet)，以及国际网际网路(Internet) 提供的广泛套用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以套用于生产和过程自动化。继10M波特率乙太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速乙太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标準)也已成功运行多年。採用何种性能的乙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。
基本介绍中文名：工业乙太网
外文名：Industrial Ethernet
基于：IEEE 802.3
生产领域：办公室领域，生产和过程自动化
特点：价格低廉、稳定可靠、通信速率高
网路构成-一个典型的工业乙太网络环境，有以下三类网路器件：网路部件连线部件FC 快速连线插座ELS（工业乙太网电气交换机）ESM（工业乙太网电气交换机）SM（工业乙太网光纤交换机）MC TP11（工业乙太网光纤电气转换模组）通信介质普通双绞线，工业禁止双绞线和光纤PLC控制器上的工业乙太网通讯处理器。用于将PLC连线到工业乙太网。PG/PC 上的工业乙太网通讯处理器。用于将PG/PC连线到工业乙太网。相关协定总体概述当乙太网用于信息技术时，套用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协定，但当它用于工业控制时，体现在套用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的套用协定，至21世纪，还没有统一的套用层协定，但受到广泛支持并已经开发出相应产品的有4种主要协定：HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP 。HSE基金会现场汇流排FF于2000年发布Ethernet规範，称HSE(High Speed Ethernet) 。HSE是乙太网协定IEEE802.3，TCP/IP协定族与FFIll的结合体。FF现场汇流排基金会明确将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连结设备，它是HSE体系结构将Hl(31.25kb/s)设备连线 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线多个H1汇流排网段，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网路连线到其他的工厂控制网路和信息网路，HSE连结设备不需要为H1子系统作报文解释，而是将来自H1汇流排网段的报文数据集合起来并且将Hl地址转化为IP位址。ModbusModbus TCP/IP该协定由施耐德公司推出，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与乙太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP 。这是一种面向连线的方式，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，使交换式乙太网具有很高的确定性，利用TCP/IP协定，通过网页的形式可以使用户界面更加友好。利用网路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连线埠，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伺服器，就可以将Web浏览器作为设备的操作终端。ProflNet针对工业套用需求，德国西门子于2001年发布了该协定，它是将原有的Profibus与网际网路技术结合，形成了ProfiNet的网路方案，主要包括：基于组件对象模型(COM)的分散式自动化系统;规定了ProfiNet现场汇流排和标準乙太网之间的开放、透明通信;提供了一个独立于製造商，包括设备层和系统层的系统模型。ProfiNet採用标準TCP/IP十乙太网作为连线介质，採用标準TCP/IP协定加上套用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网路定址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智慧型现场设备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连线到ProfiNet网路当中，使整Profibus设备和协定能够原封不动地在 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。EthernetEthernet/IPEthernet/IP是适合工业环境套用的协定体系。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)协定的网路。它是一种是面向对象的协定，能够保证网路上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设定、诊断等) 的有效传输。Ethernet/IP採用和Devicenet以及ControlNet相同的套用层协定CIP 。因此，它们使用相同的对象库和一致的行业规範，具有较好的一致性。Ethernet/IP採用标準的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包，这样通用且开放的应用层协定CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协定，就构成Ethernet/IP协定的体系结构。网路优势工业乙太网是套用于工业控制领域的乙太网技术，在技术上与商用乙太网（即IEEE 802.3标準）兼容，但是实际产品和套用却又完全不同。这主要表现普通商用乙太网的产品设计时，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。故在工业现场控制套用的是与商用乙太网不同的工业乙太网。然而工业乙太网的优势在哪里呢？一、套用广泛乙太网是套用最广泛的计算机网路技术，几乎所有的程式语言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持乙太网的套用开发。二、通信速率高10、100 Mb/s的快速乙太网已开始广泛套用，1Gb/s乙太网技术也逐渐成熟，而传统的现场汇流排最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。显然，乙太网的速率要比传统现场汇流排要快的多，完全可以满足工业控制网路不断增长的频宽要求。三、资源共享能力强随着Internet/ Intranet的发展，乙太网已渗透到各个角落，网路上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联入网际网路的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场汇流排都无法比拟的。四、可持续发展潜力大乙太网的引入将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场汇流排技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智慧型技术的发展都要求通信网路具有更高的频宽和性能，通信协定有更高的灵活性，这些要求乙太网都能很好地满足。重要性能为了套用于严酷的工业环境，确保工业套用的安全可靠，SIMATIC NET 为乙太网技术补充了不少重要的性能：工业乙太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协定10/100M 自适应传输速率冗余24VDC 供电简单的机柜导轨安装方便的构成星型、线型和环型拓扑结构高速冗余的安全网路，最大网路重构时间为0.3 秒用于严酷环境的网路元件，通过EMC 测试通过带有RJ45 技术、工业级的Sub-D 连线技术和安装专用禁止电缆的Fast Connect连线技术，确保现场电缆安装工作的快速进行简单高效的信号装置不断地监视网路元件符合SNMP（简单的网路管理协定)可使用基于web 的网路管理使用VB/VC 或组态软体即可监控管理网路技术特点工业乙太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬体产品丰富、套用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网路之一。近些年来，随着网路技术的发展,乙太网进入了控制领域，形成了新型的乙太网控制网路技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智慧型化控制方面发展，开放的、透明的通讯协定是必然的要求。乙太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：（一）Ethernet是全开放、全数位化的网路，遵照网路协定不同厂商的设备可以很容易实现互联。（二）乙太网能实现工业控制网路与企业信息网路的无缝连线，形成企业级管控一体化的全开放网路。（三）软硬体成本低廉，由于乙太网技术已经非常成熟，支持乙太网的软硬体受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软体开发环境和硬体设备供用户选择。（四）通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和複杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，当前乙太网的通信速率为10M、100M的快速乙太网开始广泛套用，千兆乙太网技术也逐渐成熟，10G乙太网也正在研究，其速率比现场汇流排快很多。（五）可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网路，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了乙太网技术不断地持续向前发展。网路套用通讯标準PROFInet可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的连线。PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶段，它主要包含以下方面：⑴高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）；⑵基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通信方案（功能单元间的通信关係）；⑶独立于製造商的工程设计方案（套用开发）。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描述：PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT标準Ethernet的开放的、一致的通信。1.1 PROFInet设备的软体结构PROFInet设备的软体覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模组化设计的软体包含若干通信层，每层都与系统环境一致。PROFInet软体主要包括一个RPC（Remote Procedure Call）层，一个DCOM（Distributed Component Object Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet对象可以是ACCO（Active Connection Control Object）设备、RT auto（Runtime Automation）设备、物理设备或逻辑设备。软体中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与乙太网间的实时通信服务。PROFInet通过系统接口连线到作业系统（如WinCE），通过套用接口连线到控制器（如PLC）。PROFInet的运行期软体位于一个目录固定的结构中，可以分为核心目录和系统套用目录。若通信开始而核心目录中的档案未改变，则系统套用目录中的部分档案必须重建。所有的系统套用都是指向系统接口和套用接口，实现PROFInet设备的各项功能。PROFInet设备的软体结构可以用图1描述如下：