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工业以太网

CECwiki  发表于 2009/4/4 19:33:51      4110 查看 11 回复  [上一主题]  [下一主题]

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定义

  工业以太网(Industrial Ethernet),通俗地讲就是应用于环境恶劣工业的现场以太网,是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。


常用的工业以太网协议
  1. Ethernet IP;
  2. FF HSE (High Speed Ethernet);
  3. PROFINET;
  4. IDA


构成
  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) 和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。


工业以太网设备的发展过程
  集线器 (Hub)
  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。
  非管理型交换机 (Unmanaged Switch)
  非管理型交换机能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能,相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外,它具有一种称为“MAC地址表”的功能,能识别和记忆网络中的设备。换言之,如果端口2收到一条带有特定识别码的消息,此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突,提高了传输性能,相对集线器是一次巨大的改进。然而,非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。
  管理型交换机 (Managed Switch)
  以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机,管理型交换机拥有更多更复杂的功能,价格也高出许多-通常是一台非管理型交换机的3~4倍。管理型交换机提供了更多的功能,通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互,用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能,因此手动配置功能是必不可缺的。
  绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能,如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议),用于诊断的端口映射,用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网),用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机,可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构,管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径,当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。


工业现场安装要求
  首先考虑的是高温、潮湿、震动。
  第二看是否能方便地安装在工业现场控制柜内。
  第三是电源要求。许多控制柜内提供的电源都是低压交流或直流。墙装式电源装置有时不能适应。
  另外,电磁兼容性(EMC)的要求随工业环境对EMI(工业抗干扰)和ESD(工业抗震)要求的不同而变化。
  现场的安全标准与办公室的完全不同。有时需要的是恶劣环境的额定值。工厂里采用的可能是工业控制柜标准而楼宇系统采用的往往是烟雾标准。

 

工业以太网设备与商用以太网设备的比较


工业以太网络图

图一

图二


应用举例
  以常见的西门子DCS系统为例介绍(参见图一):
  1、工厂总线和终端总线采用冗余光纤环网,站点数最多可达1000个,覆盖范围可达150km。抗干扰能力强,可靠性高。
  2、采用全集成自动化技术。西门子可提供从自动化控制器、人机接口系统、网络系统、远程I/O系统直至传感器、执行机构等自动化系统所需的所有组件并实现所有子系统的高度集成。
  3、操作员站系统采用Windows 2000操作系统,易于维护和学习。操作员站具有强大的诊断功能,可实现从上位机监控系统、自动化控制系统、直至信号采集系统所有组件的诊断功能。
  4、工程师站同样采用Windows操作系统,集成了完成项目设计所需的所有功能,如项目管理、硬件配置、网络组态、逻辑组态、上位机组态、系统调试、系统诊断、文档生成等各种功能。
  5、另外图中没有标出来,系统一般需要采用冗余服务器,以提高了系统可靠性。
  6、支持现场总线技术,采用PROFIBUS国际标准(图中采用modbus总线),同时系统也支持HART协议,可方便地实现智能现场设备的连接。
  常用总线有PROFIBUS DP和PA总线,其中PA总线对现场仪表较多的场合非常使用,一条线上可以挂几十甚至上百仪表,布线和维护很方便。缺点是这么多仪表共用一条总线,一台仪表出故障可能影响其他仪表。

 

 

工业以太网(Industrial Ethernet),通俗地讲就是应用于环境恶劣工业的现场以太网,是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。

 

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  • hege377

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    hege377   发表于 2009/2/26 11:48:05

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  • dingxiubing

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    dingxiubing   发表于 2009/2/26 12:50:09

    工业以太网考虑工业现场的特殊要求:

    首先考虑的是高温、潮湿、震动。
    第二看是否能方便地安装在工业现场控制柜内。
    第三是电源要求。许多控制柜内提供的电源都是低压交流或直流。墙装式电源装置有时不能适应。
    另外,电磁兼容性(EMC)的要求随工业环境对EMI(工业抗干扰)和ESD(工业抗震)要求的不同而变化。

    现场的安全标准与办公室的完全不同。有时需要的是恶劣环境的额定值。工厂里采用的可能是工业控制柜标准而楼宇系统采用的往往是烟雾标准。
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    引用 dingxiubing 2009/2/26 12:50:09 发表于3楼的内容

  • goldjack

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    goldjack   发表于 2009/2/26 12:52:05

    1. Ethernet IP;


    2. FF HSE (High Speed Ethernet);


    3. PROFINET;


    4. IDA


     

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    引用 goldjack 2009/2/26 12:52:05 发表于4楼的内容

  • goldjack

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    goldjack   发表于 2009/2/26 14:39:07

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  • xilinxue

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    xilinxue   发表于 2009/2/27 13:12:49

    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
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    引用 xilinxue 2009/2/27 13:12:49 发表于6楼的内容

  • xilinxue

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    xilinxue   发表于 2009/2/27 13:13:25

    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。

      那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素?简单的来说,要从以太网通讯协议、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。

      集线器 (Hub)

      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。

      非管理型交换机 (Unmanaged Switch)

      集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能,相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外,它具有一种称为“MAC地址表”的功能,能识别和记忆网络中的设备。换言之,如果端口2收到一条带有特定识别码的消息,此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突,提高了传输性能,相对集线器是一次巨大的改进。然而,非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。

      管理型交换机 (Managed Switch)

      以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机,管理型交换机拥有更多更复杂的功能,价格也高出许多-通常是一台非管理型交换机的3~4倍。管理型交换机提供了更多的功能,通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互,用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能,因此手动配置功能是必不可缺的。

      绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能,如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议),用于诊断的端口映射,用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网),用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机,可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构,管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径,当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。
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    引用 xilinxue 2009/2/27 13:13:25 发表于7楼的内容

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    luobing3370107   发表于 2009/2/27 14:57:42

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    引用 luobing3370107 2009/2/27 14:57:42 发表于8楼的内容

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    hq0769   发表于 2009/2/27 20:35:34

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    dingxiubing   发表于 2009/2/28 9:15:26

    以常见的西门子DCS系统为例介绍:

    1、工厂总线和终端总线采用冗余光纤环网,站点数最多可达1000个,覆盖范围可达150km。抗干扰能力强,可靠性高。
    2、采用全集成自动化技术。西门子可提供从自动化控制器、人机接口系统、网络系统、远程I/O系统直至传感器、执行机构等自动化系统所需的所有组件并实现所有子系统的高度集成。
    3、操作员站系统采用Windows 2000操作系统,易于维护和学习。操作员站具有强大的诊断功能,可实现从上位机监控系统、自动化控制系统、直至信号采集系统所有组件的诊断功能。
    4、工程师站同样采用Windows操作系统,集成了完成项目设计所需的所有功能,如项目管理、硬件配置、网络组态、逻辑组态、上位机组态、系统调试、系统诊断、文档生成等各种功能。
    5、另外图中没有标出来,系统一般需要采用冗余服务器,以提高了系统可靠性。
    6、支持现场总线技术,采用PROFIBUS国际标准(图中采用modbus总线),同时系统也支持HART协议,可方便地实现智能现场设备的连接。
        常用总线有PROFIBUS DP和PA总线,其中PA总线对现场仪表较多的场合非常使用,一条线上可以挂几十甚至上百仪表,布线和维护很方便。缺点是这么多仪表共用一条总线,一台仪表出故障可能影响其他仪表。
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