工业以太网标准和环境要求

以太⽹与⼯业以太⽹的区别 以太⽹产⽣延迟的主要原因是冲突，其原因是它利⽤了CSMA/CD技术。

在传统的共享⽹络中，由于以太⽹中所以的站点，采⽤相同的物理介质相连，这就意味着2台设备同时发出信号时，就会出现信号见的互相冲突。

为了解决这个问题，以太⽹规定，在⼀个站点访问介质前，必须先监听⽹络上有没有其他站点在同时使⽤该介质。

如果有则必须等待，此时就发⽣了冲突。

为了减少冲突发⽣的⼏率，以太⽹常采⽤1-持续CSMA，⾮持续CSMA，P-持续CSMA的算法2。

由于以太⽹是以办公为⽬标设计的，并不完全符合⼯业环境和标准的要求，将传统的以太⽹⽤于⼯业领域还存在着明显的缺陷。

但其成本⽐⼯业⽹络低，技术透明度⾼，特别是它遵循IEEE802.3协议为各⼚商⼤开了⽅便之门。

以太⽹的缺陷 1、确定性 由于以太⽹的MAC层协议是CSMA/CD，该协议是的⽹络上存在冲突。

对于⼀个⼯业⽹络，如果存在着⼤量的冲突，就必须多次重发数据，使得⽹络间通信的不确定性⼤⼤增加，带来系统控制性能的降低。

2、实时性 在中，在⼀个事件发⽣之后，系统必须在⼀个可以准确预见的时间范围内作出反应。

⽽⼯业上对数据传输的实时性要求⾮常⾼，数据的更新是在数⼗毫秒完成。

⽽以太⽹的CSMA/CD机制，当发⽣冲突时重发数据，可以尝试16次，这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。

⽽设备的掉线，可能会造成重⼤的设备或者⼈⾝安全事故。

3、可靠性 以太⽹是为商业设计的，但应⽤到⼯业现场，⾯对恶劣的⼯况、严重的线间⼲扰，必然降低其可靠性。

所以⼯业⽹络要求具有⾼的可靠性，可恢复性以及可维护性。

的解决机制 1、交换技术 将共享的局域⽹进⾏有效的冲突域划分机制。

各个领域之间⽤交换机连接，减少冲突问题和错误传输。

这样可以尽量避免冲突的发⽣，提⾼系统的确定性。

2、⾼速以太⽹ 冲突的发⽣与负载有关，负载越⼤，发⽣冲突的概率越⼤。

提⾼以太⽹的通讯速度，可以有想降低⽹络的负荷。

智能变电站对工业以太网交换机相关性能要求深圳万博智电科技有限公司供稿2017/11、引言智能变电站主要包括智能高压设备和变电站统一信息平台两部分，在智能变电站中，传统的电缆接线不再被工程所应用，取而代之的是光纤电缆，智能变电站要求采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。

在智能变电站普遍采用合并单元进行过程层数字化采样值数据传输、依靠GOOSE报文传输一次设备状态和控制命令的背景下，工业以太网交换机除承载传统的站级通信服务外，开始逐渐替代传统电缆成为维系一、二次设备关联的中枢设备。

这种角色和重要性的改变对工业以太网交换机的功能、性能和可靠性都提出了非常高的要求。

2、智能变电站对工业以太网交换机相关性能要求如何衡量和考核工业以太网交换机的相关指标是电力用户比较关心的问题。

所谓工业以太网交换机是指其在技术上与商用以太网交换机IEEE802.3标准兼容，但在材质的选用、产品的强度和适用性方面应能满足工业现场的需要，即在环境适应性、可靠性、安全性和安装使用方面满足工业现场的需要。

目前国内对于工业以太网交换机的功能并未出台相关标准，因此其功能测试通常以国内通信行业标准要求和IEEE相关标准为准。

电力行业而对于环境和电磁兼容要求目前主要的参考标准有IEC61850-3 《变电站通信网络和系统》第3部分总体要求和IEEEStd1613《变电站通信网络装置的环境和测试要求》。

3、工业以太网交换机的功能要求根据国家电网《智能变电站技术导则》的定义，智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化等基本要求，而这些要求则对承载通信网络的工业以太网交换机提出了以下需求3.1基本需求(1)信息传输保证高优先级的用户数据优先传送(2)网络流量控制冗余网络(3)网络工况监视和故障诊断(4)高精度网络对时协议。

工业以太网简介：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.通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术.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。

•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外理器。

用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。

◆ PG/PC 上的工业以太网通讯外理器。

工业通信中的工业以太网与现场总线比较工业通信是指在工业环境中实现设备之间信息传递和控制的过程。

随着工业自动化的发展，工业通信技术也得到了广泛应用。

其中，工业以太网和现场总线是两种常见的通信技术。

本文将对工业以太网和现场总线进行比较，探讨其各自的特点和适用场景。

一、工业以太网工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，它采用了以太网的物理层和数据链路层协议，同时也引入了一些工业特定的协议。

与普通的以太网相比，工业以太网在实时性、可靠性和稳定性方面进行了优化。

它支持高速通信和大带宽传输，能够满足现代工业环境中对数据传输速度和质量的要求。

工业以太网适用于需要高速通信和大规模连接的场景，如工业自动化、机器人控制和分布式控制系统。

它可以同时传输多个数据流，并支持实时监控和控制。

由于其基于标准的以太网协议，工业以太网具有较好的兼容性和可扩展性，易于集成和维护。

二、现场总线现场总线是另一种常用的工业通信技术，它是一种分布式控制系统中用于实现设备之间数据传输和通信的协议。

现场总线通常采用串行通信方式，将控制系统中的各种设备连接起来，通过总线传输数据和命令。

现场总线具有以下几个特点：首先，它是一种实时性较好的通信技术，能够满足工业自动化对实时监控和控制的需求；其次，现场总线采用分布式的网络结构，可以减少布线的复杂性和成本；第三，现场总线支持多主控制，可以实现多台设备之间的并行操作；最后，现场总线具有较好的抗干扰能力和可靠性，能够适应恶劣的工业环境。

现场总线适用于需要分布式控制和小范围通信的场景，如工业机械、设备监控和传感器网络。

由于现场总线采用串行通信方式，它的传输速率相对较低，适用于不需要大带宽和高速通信的应用。

三、工业以太网与现场总线的比较工业以太网和现场总线在工业通信中都有自己的优势和适用场景。

下面对它们进行比较：1. 传输速率：工业以太网的传输速率相对较高，可以达到百兆甚至千兆级别，而现场总线的传输速率一般在几十到几百kbps之间。

工业以太环网设计方案1.1概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。

各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。

1.1.1设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则讲行设计；同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。

对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。

在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。

各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。

实现矿区各个管理部门的网络连接, 实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视，为管理决策提供依据。

控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。

设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。

1.2控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。

1.1.2技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。

工业以太网协议工业以太网协议（Industrial Ethernet Protocol）是一种用于工业领域的以太网通信协议，它结合了以太网的高带宽和工业自动化的可靠性和实时性需求。

工业以太网协议被广泛应用于工业控制系统、工厂自动化和机器人控制等领域。

工业以太网协议与传统的以太网相比有以下几点特点：1. 实时性：工业控制系统需要实时传输和处理数据，工业以太网协议提供了实时性能，可以满足实时控制和监控的需求。

2. 可靠性：工业环境中存在较多的电磁干扰、温度变化和振动等因素，工业以太网协议采取了诸如冗余通信、自适应传输速率和纠错机制等措施，提高了通信的可靠性。

3. 安全性：工业网络需要防止数据泄露、篡改和非法访问等安全威胁，工业以太网协议支持数据加密和认证机制，提供了较高的安全性保障。

4. 扩展性：工业以太网协议支持灵活的网络拓扑结构和设备连接方式，可以方便地扩展和更改网络规模和拓扑。

5. 互联性：工业以太网协议与传统的以太网兼容性强，可以与现有的以太网设备和技术无缝集成，提高了工业网络的互联性。

工业以太网协议包括多种不同的通信协议和协议簇，如乙太网/IP（Ethernet/IP）、PROFINET、Modbus TCP等。

每种协议都有各自的特点和适用场景。

以乙太网/IP为例，它采用了以太网和TCP/IP协议作为基础，并加入了针对工业控制的特殊功能和协议。

它支持实时控制、实时数据传输和设备管理等功能，并提供了与其他协议的互操作性。

在工业以太网协议中，数据传输一般采用分组交换方式，数据分组按照优先级和实时性要求进行排序和传输，确保控制数据能够及时到达目标设备。

同时，工业以太网协议还支持多路径冗余传输、广播和组播等特性，提高了网络的可靠性和效率。

总之，工业以太网协议是一种专门为工业环境设计的通信协议，它融合了以太网和工业自动化的需求，具有实时性、可靠性、安全性、扩展性和互联性等特点。

随着工业自动化和数字化的发展，工业以太网协议将在工业控制系统和工厂自动化中扮演越来越重要的角色。

工业以太网标准和环境要求工业中的通讯要求与办公环境有着天壤之别。

要考虑到通讯中的每一方面，比如网络中的主动和被动元件，终端设备，网络设计和拓扑结构，甚至环境要求等因素。

而且在制造和掌握自动化行业中还要使用TCP/IP协议。

从而能够优化工业通讯。

工业以太网的基本思想就是通过开发觉存的网络标准，使各装置和整个系统适应现场环境的需求。

所谓主动元件，主要指如OLM，ELM，OSM，ESM等元件，它们连接不同的终端设备，不仅传送数据，还具有更多的智能功能。

而被动元件是同轴电缆，双绞线和光纤这样的传输介质，它们只能对数据进行传送，不具有判定，分析的功能。

标准：工业以太网机遇相应的国际标准，比如IEEE802.3，ISO/IEC 11801，EN 50173，并结合了各标准中的优点。

通常状况下，在工业以太网和经典以太网间各元件不存在相互影响的状况。

但在如同生产和过程掌握环境下，不得不考虑设备兼容的问题，由于工业以太网与经典以太网还是有不同之处，比如工业双绞线的连接，冗余要求等。

除了标准有所不同外，工业以太网还在一些功能上有自己的特点，也是经典以太网不能供应的功能。

环境要求：环境要求在工业场合与办公环境有很大差异。

工业中必需符合EMC标准。

工业与办公环境的要求主要是以下方面：1）EMC（电磁干扰的敏感性；干扰信号的传输）；2）温度；3）振动；4）湿度；5）环境污染。

工业以太网就要求有很高的传输效率和很强的抗干扰力量，甚至要满意恶劣条件下的各种要求。

机架：工业以太网肯定要使用全金属机架。

作为一条法则，要使用符合DIN标准的导轨，掌握箱等设备，而且还要满意空间尺寸的要求，以及设备所能承受的振动防护要求。

温度范围：传送的网络设备的温度范围在0到40摄氏度。

但在工业环境下，要保证设备能够承受低温柔高温，通常工作环境的温度会超过50摄氏度，所以工业以太网的设备温度范围在0到60摄氏度之间。