西门子工业以太网通讯技术PPT课件

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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Web Server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。
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工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气 体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要 求耐腐蚀、防尘和防水。
工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需 要采取防爆措施保证安全生产。
工业生产现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具 有机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、电磁环境适应 性或电磁兼容性（EMC——Electro Magnetic Compatibility） 等。
工业网络器件的供电，通常是采用柜内低压直流电源标准， 大多的工业环境中控制柜内所需电源为低压24V直流。
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10.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表 10-1所示。
办公室网络
工业网络
应用场合
普通办公场合
工业场合、工况恶劣，抗干扰性要求较高
拓扑结构
支的组合和转换，简单的安装， 最大的灵活性和模块性，高扩展能力
第十章 工业以太网通讯技术
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。
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10.1 工业以太网简介
10.1.1 以太网技术 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的核心思想是使用共
享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大学。 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双绞线上传
输的网络。以太网也是当前主要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s； 快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼 容10Base-T 以太网； Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线 作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以 太网的交换机和路由器设备； 10 Gigabit 以太网——2002年6月发布，是一种速度更快的以太网技术。支持 智能以太网服务，是未来广域网（WAN——Wide Area Network）和城域网 （MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物，前者源于后者但 不同与前者。以太网技术经过多年的发展，特别是它在Internet中广泛应用， 使得它的技术更为成熟，并得到了广大开发商与用户的认同。因此无论从技 术上还是产品价格上，以太网较之其他类型网络技术都具有明显的优势。另 为，随着技术的发展，控制网络与普通计算机网络、Internet的联系更为密切。 控制网络技术需要考虑与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通 信能力的要求，这些都是控制网络设备的开发者与制造商把目光转向以太网 技术的重要原因。
可用性
一般的实用性需求，允许网 络故障时间以秒或分钟 计
极高的实用性需求，允许网络故障时间＜ 300ms以避免生产停顿
网络监控和维护
网络监控必须有专人员使用 专用工具完成
网络监控成为工厂监控的一部分，网络模 块可以被HMI软件如Win CC监控，故 障模块容易更换
表10-1 工业网络与传统办公室网络的比较
采用标准导轨安装，安装方便，适用于工业环境安装的要 求。工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内， 并容易更换。
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10.1.3 工业以太网应用于工业自动化中的关键问题
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。