工业以太网总述
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工业以太网EtherCAT及列车总线系统一.列车总线系统的发展背景现代列车朝高速化、自动化、舒适化方向发展已经成为必然趋势。
列车通信网络已成为高速列车控制系统的关键技术。
它能够通过对列车运行及车载设备动作的相关信息进行集中管理,从而保障列车安全高速运行。
列车通信网络是一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统,是分布式列车控制系统的核心。
它集列车控制系统、故障检测与诊断系统以及旅客信息服务系统于一体,以车载微机为主要技术手段,并通过网络实现列车各个系统之问的信息交换,最终达到对车载设备的集散式监视、控制和管理等目的,实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。
TCN是IEC(国际电工委员会)专门为列车通信网制定的标准[1],包括实时协议(RTP),绞线式列车总线(WTB)、多功能车辆总线(MVB)。
它们作为相对较为独立的部分有各自的体系结构。
理论上可以在WTB和MVB上运行非RTP的其它协议,而RTP也可以作为除WTB和MVB[1]外其它总线上的通信协议,但一般作为一个总体来考虑。
TCN在欧洲得到了大量应用,在北美有部分列车采用,国内也引进了相应技术,先后用于“先锋”、“蓝箭”、“中原之星”、“中华之星”等动车组。
LonWorks[2]在国内已先后用于“新曙光”、“神州”、“集通”等动车组。
“新曙光”的首尾动力车的重联通信通过LonWorks列车总线以显式报文方式实现。
“神州”号动车组的LonWorks列车重联通信与此类似,但采用了两路,即设置了一路LonWorks冗余通道[3]。
CAN总线基本上有两种应用:一种是用作通信子网;另一种是用作数据通信模块。
作为通信子网,目前已成功应用于CMS一3型磁悬浮列车。
除了上面介绍的四种列车总线之外,还有其他几种总线网络应用在列车系统中,比如FF、Profibus、WorldFIP。
下图对这几种常用的列车总线进行了性能指标上的分析比较[4]如下图1。
图1:常用列车总线的性能指标比较从以上分析比较中我们可以发现,这几种列车总线的数据传输速率都是在1.5 Mbps以下,只有Profibus-DP和WorldFIP的通信速率达到了12 Mbps。
工业以太网简介:工业以太网就是基于IEEE 802、3 (Ethernet)得强大得区域与单元网络。
利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新得多媒体世界得途径。
企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供得广泛应用不但已经进入今天得办公室领域,而且还可以应用于生产与过程自动化。
继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工与自适应得100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802、3u 得标准)也已成功运行多年。
采用何种性能得以太网取决于用户得需要。
通用得兼容性允许用户无缝升级到新技术。
为用户带来得利益 :市场占有率高达80%,以太网毫无疑问就是当今LAN(局域网)领域中首屈一指得网络。
以太网优越得性能,为您得应用带来巨大得利益:通过简单得连接方式快速装配。
通过不断得开发提供了持续得兼容性,因而保证了投资得安全。
通过交换技术提供实际上没有限制得通讯性能。
各种各样联网应用,例如办公室环境与生产应用环境得联网。
通过接入WAN(广域网)可实现公司之间得通讯,例如,ISDN 或Internet 得接入。
SIMATIC NET基于经过现场应用验证得技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷得工业环境,包括有高强度电磁干扰得区域。
工业以太网络得构成 :一个典型得工业以太网络环境,有以下三类网络器件:◆网络部件连接部件:•FC 快速连接插座•ELS(工业以太网电气交换机)•ESM(工业以太网电气交换机)•SM(工业以太网光纤交换机)•MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块)通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线与光纤◆ SIMATIC PLC控制器上得工业以太网通讯外理器。
用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。
◆ PG/PC 上得工业以太网通讯外理器。
工业以太网交换机发展现状分析及组网方案随着工业自动化的快速发展,工业以太网交换机在工业控制系统中的应用越来越广泛。
下面对工业以太网交换机的发展现状进行分析,并提出适用于工业控制系统的组网方案。
1.增强型交换机:随着控制系统规模越来越大,对交换机的数据处理能力、带宽和可靠性要求也越来越高。
现代的工业以太网交换机具备分布式处理能力,能够进行多路转发和高速数据传输,能够满足大型工业控制系统的需求。
2.硬件可靠性:工业控制系统对交换机的可靠性要求较高,因为交换机是工业控制网络的关键设备之一,一旦交换机出现故障,可能导致整个系统的瘫痪。
因此,现代工业以太网交换机在硬件设计上注重可靠性,采用工业级的硬件组件,具备抗干扰、防尘防水和高温耐用等特性。
3.网络管理功能:工业以太网交换机需要提供丰富的网络管理功能,以确保工业控制系统的稳定运行。
这些功能包括虚拟局域网(VLAN)划分、网络流量监控、故障检测和恢复、安全认证等。
通过这些功能,管理员可以实时监控和管理交换机的状态,提高系统的安全性和稳定性。
工业控制系统的组网方案1.构建耦合式控制网络:耦合式控制网络是一种将数据、控制和管理信息集成到同一网络中的组网方案。
通过工业以太网交换机的高速数据传输能力,可以实现对数据的快速采集和传输,从而提高系统的响应速度和准确性。
此外,耦合式控制网络还可以实现对工业设备的远程监控和管理,提高工业控制系统的灵活性和可靠性。
2.实施冗余设计:工业控制系统对网络的可靠性要求较高,一旦网络中的一些节点出现故障,会对整个系统的运行造成影响。
为了提高系统的可靠性,可以采用冗余设计。
通过在网络中增加备用设备和备份链路,可以实现系统在主链路故障时自动切换到备用链路,保证系统的连续运行。
冗余设计可以在工业以太网交换机上实现,通过配置特定的冗余协议,可以实现链路的自动切换。
3.加强网络安全措施:工业控制系统是重要的国民经济基础设施,在网络安全方面需要考虑更多的因素。
工业以太网简介一、 PROFINET接口S7-1200 PLC CPU本体上集成了一个PROFINET接口,支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准。
PROFINET接口支持10~100Mbit/s的RJ45口,支持电缆交叉自适应,因此一个标准或交叉的以太网线都可以用于这个接口。
使用这个接口可以实现S7-1200 PLC CPU与编程设备的通信、与HMI触摸屏的通信以及与其他CPU之间的通信。
提示:根据现在的发展趋势PROFINET应该是以后的主流,它优势很明显,传输和响应速度快、数据不丢失、方便。
二、支持的协议和连接资源数S7-1200 PLC CPU的PROFINET通信口主要支持以下通信协议及服务:PROFINET IO(V2.0开始)、S7通信(V2.0开始支持客户端)、TCP通信、ISO on TCP通信、UDP通信(V2.0开始)、Modbus TCP 通信、HMI通信、Web通信(V2.0开始)。
在“设备视图”中选中CPU,在巡视窗口中选择“属性”→“常规”→“连接资源”,显示界面如图1所示。
图1 连接资源数从图1中可以看出,S7-1200 PLC一共有68个连接资源,包括预留62个资源和6个动态资源,6个动态资源由系统自动分配给HMI 通信、S7通信、开放式用户通信(Open User Communication, OUC),不能分配给PG通信、Web通信。
注意:开放式用户通信包含TCP通信、ISO-on-TCP通信、UDP 通信、Modbus TCP通信。
PG通信:代表和PC进行通信所占用的资源,如在线监控、下载程序。
HMI通信:代表和HMI通信所占用的资源。
S7通信:代表和通信伙伴建立S7通信连接所占用的资源。
开放式用户通信:代表和通信伙伴建立开放式用户通信连接所占用的资源。
Web通信:代表和Web浏览器通信所占用的资源。
动态资源:由系统自动分配的连接资源。
依据上面的解释,构成表1,其中最大连接资源=预留连接资源+动态资源。
工业以太网概述现场总线对于面向设备的自动化工业系统起到了极大的促进作用,但是由于现场总线工业网络存在一定的缺陷,导致其的发展受到极大的限制。
其缺陷包括有通信速率低,成本高,支持应用低,又由于现场总线通信协议多种多样,使得不同总线之间的互联互通比较繁琐,必须要通过一些通信协议转换器进行协议的转换,特别是有多个现场总线协议共存于一个系统中时,相互之间的协议转换更加繁琐。
以太网自从发明出来之后,由于以太网具有极强的兼容性、可扩展性、开放性,得到了飞速的发展,深入到了社会生活的各个层面,同样,以太网也进入了工业应用领域。
但是普通的以太网存在极大的缺陷导致其不能应用于工业领域:1.工业控制领域对于数据的实时性要求非常高,对于数据的延时一般都是必须要控制在几十个ms之内。
由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测(CSMA/CD机制),当以太网上发生冲突的时候,就会重发数据,很明显,一旦冲突发生,就必须牺牲时间为代价来解决冲突的问题,实时性就不能得到保证。
但是在工业领域,实时性不能得到保证的话,就有可能导致设备的停止运作,甚至造成安全事故。
2.由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测(CSMA/CD 机制),使得以太网存在冲突,特别是在以太网网络负荷比较重的情况下,冲突出现的几率更大。
而一旦大量的冲突发生,导致数据不断的重发,使得工业网络之间的通信的不确定性大大增加,从而降低了系统控制性能。
3.以太网在最初设计时,没有考虑到工业现场的复杂电磁环境,在恶劣的外部环境中,必然导致以太网的可靠性的降低。
但是在生产环境中,工业网络必须有良好的可靠性,可维护性及可恢复性。
针对以太网存在的以上缺陷,采用了多种解决机制改善以太网的性能以使的其可以适用于工业网络,以形成工业以太网。
1.工业以太网交换技术。
为改善以太网在网络负荷较重的时候出现的拥塞问题,采用工业以太网交换机减少由于载波侦听多路复用冲突检测(CSMA/CD机制)而产生的冲突问题和错误传输,从而提高系统的稳定性。
2024年工业以太网市场分析现状概述工业以太网是一种专门用于工业控制系统的网络通信技术,它将以太网协议与工业自动化应用相结合,为工业领域提供了高效可靠的通信解决方案。
工业以太网市场在近年来呈现出快速增长的态势,成为工业通信领域的重要一环。
市场规模工业以太网市场规模持续扩大,预计到2025年将突破100亿美元。
这是由于工业以太网在提高工业生产效率、降低成本、实现数字化转型等方面的优势日益显现,吸引了越来越多的企业投资。
市场驱动因素工业以太网市场增长的主要驱动因素包括:1. 快速发展的工业自动化需求随着工业生产的数字化和智能化进程加快,对于高效可靠的通信技术的需求日益增长。
工业以太网作为一种成熟的通信解决方案,能够满足工业自动化系统对通信带宽、实时性要求等方面的需求。
2. 提高生产效率的需求工业以太网能够实现设备之间的实时通信和数据共享,为企业提供了更高效的生产方式。
通过实时监测和控制,工业以太网可以帮助企业及时发现问题、提高生产效率、降低成本。
3. 支持数字化转型的需求工业以太网作为通信基础设施,对于实现工业数字化转型至关重要。
它能够集成传感器、设备和系统,实现数据的采集、处理和分析,为企业提供数据支持,推动企业的数字化转型。
4. 技术发展的推动工业以太网技术不断发展和创新,为市场增长提供了技术保障。
诸如时间敏感网络(TSN)、工业物联网(IIoT)等新技术的应用,进一步拓展了工业以太网的应用范围和市场需求。
市场竞争格局目前,工业以太网市场竞争格局较为分散,主要厂商包括西门子、ABB、施耐德电气、罗克韦尔自动化等。
这些企业通过产品创新、市场营销和战略合作等手段,在市场中占据一定的份额。
此外,一些新兴企业也开始涉足工业以太网领域,加剧了市场竞争。
这些企业通过技术创新和不断优化产品性能,力求在市场中获得更大的份额。
市场前景展望工业以太网市场前景广阔。
随着工业自动化的不断推进和数字化转型的深入进行,对于高效可靠的通信技术的需求将持续增长。
浅论工业以太网技术1.工业以太网技术的产生传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础。
随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高,工业控制网络所负担的工作越来越重。
与数据信息网络不同,工业控制领域需要一种高速廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络。
工业控制网络作为一种直接面向生产过程的特殊网络,肩负着工业生产一线的测量与控制信息传输的任务,它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性等特殊要求。
它的发展经历了DCS、FCS、工业以太网等几个阶段。
DCS是工业控制系统的第一代主力军。
随后,FCS取而代之,开创了工业控制网络发展的新局面。
FCS的具有较高的可靠性、实时性和抗干扰能力,并且结构简单、易于维护、节省设备投资,这些使它在工业领域得到了广泛应用。
但是由于FCS协议种类繁多,实现兼容与互操作十分困难。
于是现场总线开始转向以太网以太网(Ethernet)技术支持几乎所有的网络协议,所以在数据信息网络中得到广泛应用,具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼容性好、开放性高和支持设备多等多方面的优势,以太网在工业企业信息化系统中的管理层、监控层得到了广泛应用,以太网直接向下延伸应用于工业测控系统的现场设备层网络,成为工业控制网络发展的必然趋势。
工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。
利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。
企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域,而且还可以应用于生产和过程自动化。
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。
论工业以太网的技术特点及应用工业以太网以其特殊的、独具的特点,被广泛应用于工业领域,本文主要论述了以太网技术的由来、技术特点以及应用现状,对工业以太网的发展和实际应用,进行一些探讨和研究。
1 工业以太网由来和发展,Xerox,Inter与DigitalEquipment等公司成功研制了以太网1.0版,这标志着以太网正式诞生。
随后,IEEE802.3标准正式发布,那就是的以太网2.0版本。
,以太网技术通过SiemensSINECH1顺利进入了工业通讯领域。
随着网络的不断发展及用户数量的持续增加,以太网的传输速率从10Mb/s扩大到100Mb/s,这就是现在的快速以太网(FastEthernet)。
在之后的几年发展中,快速以太网成为了IEEE802.3标准,并被广泛应用于工业通信中。
目前,工业领域正在研究建立千兆以太网,这就是10Gigabit标准。
2 工业以太网的技术特点2.1 通信中的确定性与实时性传统的Ethernet在实际的实验和检测中,采用了CSMA/CD碰撞检测方式。
其最大弊端就是工作过程中会产生很大的负荷,影响网络传输,从而导致控制系统及其他各系统的实时性很差。
因此,它的功能作用是非确定性的,人们在实际应用中对其也有很多诟病。
相比之下,快速以太网的产生与发展,以及交换式以太网技术的开发和应用,成为了克服和解决非确定性问题新的“突破口”。
(1)Ethernet的通信速率增长非常快,也特别实用。
它已经从10M、100M增加到现在的1000M乃至10G。
在相同情况下,通过提高工业通信速率,极大减轻在实际工作过程中的网络负载量,极大减小网络延迟,从而极大降低在网络传输中的碰撞机率。
(2)工业中交换机的使用,特别是开发了星型拓扑结构,最终在实际运行和操作中,将整个网络分割成数个网段,这就使得数据传输由大变小,更方便更快捷。
而当制造商生产出Ethernet交换机后,它的数据存储功能及数据转发功能,大大缓解了网络传输过程中数据的堵塞,使得每个端口间输入输出数据帧可以有一定程度的缓冲,也大大降低了网络数据碰撞概率。
工业以太网-综述---- 工业以太网的应用已遍布于全世界,覆盖各种不同的工业应用,包括由成千上万个部件装配成一辆完整的汽车,薄钢板生产或从大量甜菜中精炼糖等。
不论需要多高的质量或完成多复杂的过程,工业以太网提供强有力的单元层网络,它符合 IEEE 802.3 (ETHERNET)标准。
---- 10M波特的数据传输率的以太网取得成功,至今已有十多年。
具有切换和全双工的100M波特率快速以太网(Fat Etherenet,符合IEEE 802.3u的标准)现已问世。
采用何种性能的以太网决定于你专用网络的需要。
---- 只需选择符合要求的数据传输率。
通用的兼容性允许用户循序渐进地升级到新技术。
---- 市场占有率高达80%,以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。
以太网有优越的性能,它能为您的应用带来巨大的利益:通过简单的连接系统快速启动。
高可用性,因为对现有系统的扩展不存在任何问题。
实际上没有限制的通讯性能。
如需要,通过切换技术能提供可伸缩性的性能。
各种各样应用的联网,例如办公室和生产应用的联网。
通过WAN(Wide Area Network,宽域网),经可能性的接口实现公司之间的通讯,例如ISDN或Internet。
通过经常不断的扩展和开发因而保护投资的安全性。
---- SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术。
Siemens已供应多于250,000个连接,遍布世界各地,用于严酷的工业环境,包括有高强度电磁干扰的区域。
---- 此外,Internet技术提供宽范围全球联网的可能性。
结合以太网,Siemens提供能无缝的集成到新媒体世界的媒介。
----多种类型的网络如Intranet,Extranet和Internet,早已应用于办公室领域,也能应用于生产和过程自动化。
为了应用于严酷的工业环境,SIMATIC NET发挥其所长,为以太网技术补充了不少重要的性能:简单但高效的信号装置不断地监视网络元件经过现场检验的Sub D 技术和专门的屏蔽安装电缆等牢固等连接系统冗余配置的防掉电故障网络用于严酷环境的网络元件在一个网络中的多种传输介质---- 因为应用需要是多种多样的,因此工业以太网单元和区域网络有不同的型式:同轴电缆技术---- 当需要强调廉价的电缆费用和扩展简便时,最优先的选择是铜。
2024年工业以太网市场发展现状1. 简介工业以太网是一种用于工业控制系统的网络通信协议,它基于以太网技术,在传统的工业自动化领域得到了广泛应用。
随着制造业的数字化转型和物联网的普及,工业以太网市场正呈现出快速增长的趋势。
本文将对2024年工业以太网市场发展现状进行分析和总结。
2. 市场规模工业以太网市场的规模正在不断扩大。
根据市场研究机构的数据显示,2019年全球工业以太网市场规模已经达到XX亿美元,并预计未来几年将以X%的年复合增长率增长。
这主要是由于制造业对于高速、高可靠性网络通信的需求不断增长以及工厂智能化、自动化水平的提升所推动的。
3. 技术发展趋势3.1 速度与可靠性的提升随着科技的不断进步,工业以太网的速度和可靠性得到了显著提升。
原先的传统以太网速度通常为10Mbps或100Mbps,而现在已经可以支持更高速度的千兆以太网(Gigabit Ethernet)和万兆以太网(10 Gigabit Ethernet)。
这大大提高了数据传输的效率和工业控制系统的可靠性。
3.2 无线化网络的需求增加随着物联网的发展,越来越多的设备和传感器需要接入工业以太网。
传统的有线网络无法满足大规模连接和移动性的需求,因此对无线化网络的需求不断增加。
无线工业以太网(Wireless Industrial Ethernet)可以为工厂提供更大的灵活性和便利性。
3.3 安全性的提高在工业控制系统中,安全性是一个至关重要的问题。
工业以太网的发展也面临着安全性的挑战。
随着网络攻击日益增多和复杂化,保护工业以太网的安全性变得更加重要。
因此,工业以太网的安全性技术和解决方案也在不断发展和完善。
4. 应用领域工业以太网在各个行业得到了广泛应用。
特别是在制造业、能源领域、交通运输和城市基础设施等领域,工业以太网的应用越来越广泛。
它可以用于工厂自动化、机器人控制、生产监控、设备管理等方面,提高工作效率、降低成本并提升产品质量。
为用户带来的利益----市场占有率高达80%,以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。
以太网优越的性能,为您的应用带来巨大的利益:通过简单的连接方式快速装配。
通过不断的开发提供了持续的兼容性,因而保证了投资的安全。
通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
各种各样联网应用,例如办公室环境和生产应用环境的联网。
公司之间的通讯通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯,例如,ISDN 或Internet 的接入。
----SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷的工业环境,包括有高强度电磁干扰的区域。
工业以太网络的构成----一个典型的工业以太网络环境,有以下三类网络器件:网络部件连接部件:FC 快速连接插座ELS(工业以太网电气交换机)ESM(工业以太网电气交换机)SM(工业以太网光纤交换机)MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块)通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线和光纤SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯处理器。
用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。
PG/PC 上的工业以太网通讯处理器。
用于将PG/PC连接到工业以太网。
工业以太网重要性能----为了应用于严酷的工业环境,确保工业应用的安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要的性能:工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容,使用ISO和TCP/IP 通讯协议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络,最大网络重构时间为0.3 秒用于严酷环境的网络元件,通过EMC 测试通过带有RJ45 技术、工业级的Sub-D 连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast Connect连接技术,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络元件符合SNMP(简单的网络管理协议)可使用基于web 的网络管理使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络工业以太网的技术特点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,已成为最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:(一)Ethernet是全开放、全数字化的网络,遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。
(二)以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络。
(三)软硬件成本低廉,由于以太网技术已经非常成熟,支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。
(四)通信速率高,随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高,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,目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用,千兆以太网技术也逐渐成熟,10G 以太网也正在研究,其速率比目前的现场总线快很多。
(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络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
[1]工业以太网联网设备基本知识今天的控制系统和工厂自动化系统,以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。
但现场工程师们对以太网的了解,大多来自他们对传统商业以太网的认识。
很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。
但是,IT工程师们对于以太网的了解,往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验,可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化,不能真正理解工业以太网在工业现场的意义,也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能,常常造成工业以太网现场实施的不彻底,给整个控制系统留下不稳定因素。
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。
为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点,让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
组成在工业以太网的应用广泛普及的今天,今天的控制系统和工厂自动化系统常常采用工业以太网技术完成工业控制任务,但是,IT工程师们对于工业以太网的了解往往局限于办公自动化商业工业以太网,这就可能导致工业以太网在控制系统系统中实施的简单化和商业化,不能真正理解工业以太网在工业现场的意义,也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能,常常造成工业以太网现场实施的不彻底,给整个控制系统留下不稳定因素。
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(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。
工业以太网设备包括以下几个重要部分。
工业以太网集线器相信绝大多数人都熟悉集线器。
很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备,如个人计算机,可编程控制器等。
集线器接收到来自某一端口的消息,再将消息广播到其它所有的端口。
对来自任一端口的每一条消息,集线器都会把它传递到其它的各个端口。
在消息传递方面,集线器是低速低效的,可能会出现消息冲突。
然而,集线器的使用非常简单-实际上可以即插即用。
集线器没有任何华而不实的功能,也没有冗余功能。
骨干产生断线等问题,那么网络中的数据会通过剩下的进行传递,保证网络的通讯正常。
Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构,理论通讯距离可以无限延长。
该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法,所以使网络中断恢复时间达到了新的高度,一般恢复时间在10ms以下。
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)应用广泛以太网是应用最广泛的计算机网络技术,几乎所有的编程语言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。
(二)通信速率高目前,10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用,1Gb/s以太网技术也逐渐成熟,而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s(如西门子Profibus-DP)。
显然,以太网的速率要比传统现场总线要快的多,完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
(三)资源共享能力强随着Internet/ Intranet的发展,以太网已渗透到各个角落,网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚,在联入互联网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总线都无法比拟的。
(四)可持续发展潜力大以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,任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。
同时,机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能,通信协议有更高的灵活性,这些要求以太网都能很好地满足。
工业以太网通信标准PROFInet及其应用1 PROFInet通讯标准PROFInet可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的连接。
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系);⑶独立于制造商的工程设计方案(应用开发)。
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标准Ethernet的开放的、一致的通信。
1.1 PROFInet设备的软件结构PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模块化设计的软件包含若干通信层,每层都与系统环境一致。
PROFInet软件主要包括一个RPC (Remote Procedure Call)层,一个D(Distributed ponent Object Model)层和一个专门为PROFInet对象定义的层。
PROFInet对象可以是ACCO(Active ConnectionControl Object)设备、RT auto(Runtime Automation)设备、物理设备或逻辑设备。
软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通信服务。
PROFInet通过系统接口连接到操作系统(如WinCE),通过应用接口连接到控制器(如PLC)。