工业以太网的构成及重要性能介绍

工业以太网工业以太网，所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。

以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。

所以工业以太网就随之产生了。

现代以太网技术与智能建筑以太网发展至今已有20余年历程，作为局域网组网的主要技术，一直长久不衰。

在这期间，令牌环、令牌总线、FDDI、ATM等技术分别在不同的阶段冲击着以太网在局域网领域的盟主地位。

但是以太网以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展的特点牢牢地占领着局域网领域，并向着接入网和城域网领域发展。

自从以太网技术由共享发展到交换后，星型结构、交换与高带宽三大因素形成了与传统以太网大不相同的现代以太网技术。

进入21世纪以来，IT界已经不再寻找替代以太网的技术，转而寻找增强以太网的功能和将它扩展到新领域的途径。

现代以太网组网功能已经大大地超越了基本的以太网功能。

TCP／IP与以太网是开放性的强强组合，逐步渗透到建筑智能化领域的各个方面，给予智能建筑强大的生命力。

在智能建筑领域，TCP／IP以太网不仅作为信息服务／管理／监控的网络平台，而且越来越成为视频／语音等应用的支撑平台。

可以认为，随着安防数字化进程的加速，目前市场上直接采用标准双绞线和专用以太网来构成某些安防子系统的产品已经出现。

这样一来，出现基于以太网的多个子系统融合的、结构优化的、可靠的、—体化的安防系统已经不是一种方向性的讨论了。

在某些智能建筑的机电设备监控系统中，现场控制网络采用工业控制以太网已不是个别的案例了。

传统以太网（DIX）的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式丁作，网络的站点在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，而不能同时发送和接收。

导致十双工传输模式工作的主要原因在于公共传输媒体上站点发送帧的碰撞。

这种帧碰撞效应不仪限制了站点的传输带宽；而且还构成了束缚传输范围的碰撞域，大大影响了传输媒体（特别是光纤）的传输距离。

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。

工业以太网与Modbus TCP/IP一以太网的标准以太网是一种局域网。

早期标准为IEEE 802.3，数据链路层使用CSMA/CD，10Mb/s速度物理层有：(1)10 Base 5粗同轴电缆，RG-8，一段最长为500m；(2)10 Base 2细同轴电缆，RG-58，一段最长为185m；(3)10 Base T双绞线，UTP或STP，一段最长为100m。

快速以太网为100Mb/s，标准为802.3a，介质为100 Base Tx双绞线、100 Base Fx光纤。

目前10/100M以太网使用最为普遍，很多企事业用户已实现100M到以太网桌面，确实体验到高速“冲浪”的快感，另外从距离而言，非屏蔽双绞线(UTP)为100m，多模光纤可达2～3km，单模光纤可大于100km。

千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab，万兆以太网10Gb/s为802.3ae，将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。

二工业以太网与商用以太网的区别什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3兼容，故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网，而用户可根据现场情况，灵活装配自己的网络部件，但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求，设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑下述工业现场的特殊要求：首先要考虑高温、潮湿、振动；二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求，如满足EN50081-2、EN50082-2标准，而办公室级别的产品未经这些工业标准测试，表1列出了一些常用工业标准。

为改善抗干扰性和降低辐射，工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板，且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰；三是电源要求，因集线器、交换机、收发器多为有源部件，而现场电源的品质又较差，故常采用双路直流电或交流电为其供电，另外考虑方便安装，工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装；四是通信介质选择，在办公室环境下多数配线使用UTP，而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。

工业以太网技术全面解析高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。

在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。

下面对它们进行简单比较。

Ethernet/IPEthernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。

实现实时性的方法Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。

Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。

UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。

对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。

而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。

对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。

Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。

生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。

消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。

这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。

Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。

CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。

另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。

工业以太网的构成
西门子的工业以太网的传输速率为10Mbit/s/100Mbit/s，最多1024个网络节点，网络的最大范围为150km。

典型的工业以太网由以下4类网络器件组成：
1)网络组件：包括FC快速连接插座，SCALANCE X交换机，电气交换模块(ESM)，光纤交换模块( OSM)和光纤电气转换模块(MC TP11)，中继器，PN/PD链接器。

无线网络的接人点和IWLAN/PB链接器用于将工业以太网无线耦合到DP网络。

2)通信媒体：可以采纳一般双绞线、工业屏蔽双绞线、光纤和无线通信。

3) SIMATIC plc的工业以太网通信处理器：CP 343-1和CP 443-1分别用于S7 -300和S7 - 400，全双工，通信速率为10M或100 Mbit/s。

CP 343-1 IT和CP 443-1 IT可以实现IT通信，例如作为Web服务器和发送E-mail。

4) PG/PC的工业以太网通信处理器：用于将PG/PC连接到工业以太网。

CP 1612和CP 1613是PCI以太网卡，CP 1512是PCMCIA以太网卡，CP 1515是无线以太网卡。

1。

以太网与工业以太网的介绍上海兆越通讯技术有限公司本文通过分析以太网的网络通信机制，指出了以太网进入工业通信网络中存在的问题和它的一些解决方法。

继而详细介绍了一个目前工业通信网络中应用比较广泛的工业以太网（SIMATIC NET）。

现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高，速度低和支持应用有限等缺陷，再加上总线通信协议的多样性，使得不同总线产品不能互相互连，互用和互操作等，因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。

随着以太网技术的发展，特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷，进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。

1．以太网的主要缺陷在讲以太网的主要缺陷前，有必要先了解一下以太网的通信机制。

以太网是指遵循IEEE802.3标准，可以在光缆和双绞线上传输的网络。

它最早出现在1972，由XeroxPARC所创建。

当前以太网采用星型和总线型结构，传输速率为1 0Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或更高。

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自动化为目标设计的，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协议为各现场总线厂商大开了方便之门，但是，要使以太网符合工艺上的要求，还必须克服以下缺陷：1.1 确定性由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD，该协议使得在网络上存在冲突，特别是在网络负荷过大时，更加明显。

以太网技术在工业控制领域的应用及意义随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。

现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。

现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。

随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。

目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。

由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。

Ethernet通信机制Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。

Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。

在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。

自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。

杜品圣（德国普世电源公司上海代表处，　上海市 ２００２３３）Du Pinsheng(Germany Puls Power Supplies GmbH Shanghai Office, Shanghai 200233)Introduction and Comparison of the Different Industrial Ethernet TechnologyAbstract: Due to more than 20 years rapid development of IT communication and computer-technology, the industrial automation control system has obtained very quickly enhancement. Lots of engineers have not only used this technology in the praxis, but also discussed very intensively: how to successful integration of modern communication to the industrial automation. The fact is regrardless of the fieldbus or the industry Ethernet, modern communication is the decisive function to influence the development direction of industry control system.The paper made the simple introduction and comparison of the different industrial Ethernet technology. This will be clear about the future of industry ethernet technology.Key words: Industrial Ethernet Fieldbus Controller Based on PC IEC 61158 International Standard EtherCat EtherNet/IP EtherNet PowerLink Modbus/TCP Profinet【摘 要】【关键词】工业以太网 现场总线 基于ＰＣ的控制器 ＩＥＣ　６１１５８的国际标准 ＥｔｈｅｒＣａｔ ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ ＥｔｈｅｒｔＮｅｔ　ＰｏｗｅｒＬｉｎｋ Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ Ｐｒｏｆｉｎｅｔ工业以太网技术的介绍和比较前言近二十多年由于通信技术、计算机技术、网络技术的迅速发展，工业自动化控制领域也随之得到了迅速的提高和改革，自动化工程师不仅将这种新技术大胆地运用到工业实践中去，同时学术上也进行了激烈的争论，其焦点无外乎于：＊　各种现场总线技术之争＊　基于ＰＣ的控制器与ＰＬＣ控制器的技术之争＊　现场总线和工业以太网技术之争经过近二十年的争论，现场总线已有了定论，八种总线归纳于一个ＩＥＣ　６１１５８的国际标准，这个标准的产生不仅仅是技术的应用的比较，更主要是顾及各国的经济利益，八个标准互相不兼容，　成为一个无统一标准的国际标准，看来ＯＰＣ这类纯技术的标准，在ＴＣ　６５委员会显然行不通了。