2-5工业以太网2选读.ppt

网络化控制系统 —现场总线技术第5讲 工业以太网 什么是工业以太网 什么是工业以太网 是用于工业环境的以太网？ 用于测量控制领域的以太网？ 某种特定的现场总线？ 目前对工业以太网没有一个严格的定义。 各家推出的工业以太网在技术上有相当大的差距。 工业以太网源于以太网、而又不同于普通以太网。 将普通以太网改进为适合工业应用环境。 添加控制应用功能、形成基于以太网通信的测量控制网络。 工业以太网是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体。 工业以太网涉及企业网络的各个层次 以太网进入工控领域的优势 价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网卡。 技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为许多人掌握。 有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连接，便于与外界沟通信息。 工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势。 工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，二是致力于在数据链路层实现实时以太网。 工业以太网目前还没有一致的定义与规范。 工业以太网是一系列技术的统称 以太网的由来与标准 以太网最早由Xerox 开发，后经数字仪器公司、Intel公司联合扩展，形成局域网标准。 IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制定的。 以太网的通信参考模型 按ISO开放系统互连参考模型的分层结构，传统以太网只包括通信模型中的物理层与数据链路层。 工业以太网含盖了一系列技术 以太网规范（物理层与数据链路层）。 TCP/IP（网络层的网际互连协议IP；传输层的传输控制协议TCP；用户数据报协议UDP）。属TCP/IP协议组下层协议。 应用层上的SMTP、DNS、FTP、HTTP、动态网页发布等；属 TCP/IP协议组的上层协议。 工业以太网与OSI的通信参考模型对比 工业以太网的应用分类 运用于工业环境的计算机网络。 现场总线网段的上层（高速）网络。 基于普通以太网技术的控制网络。 E网到底，在实时性要求不严格的场合用作控制网络。 基于实时以太网技术的控制网络。 现场总线网段的上层网络 以太网的工业级产品 打造工业级产品是工业以太网应对环境适应性的改进措施 用于办公环境的商业级产品。 针对工业环境、有相应防护等级的工业级产品。 以太网的工业级产品示例 可安装在DIN导轨上的导轨式收发器、集线器、交换机系列。 工业级接插件。 冗余电源供电。 IP68防护等级的相应产品。 工业级与商业级产品的比较 以太网技术在工控领域应用受限的原因 CSMA/CD的媒体访问控制方式不能满足一些控制场合的实时性要求。 接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计的，不适应工业现场恶劣环境的要求。 抗电磁干扰能力。 本质安全。 总线供电。 针对通信实时性的解决方案 通信的实时性 以太网采用的CSMA/CD随机访问、平等竞争的介质访问控制方式具有不确定性（nondeterministic）。 不能满足工业自动化领域某些数据对通信实时性的要求。 解决方案 利用以太网现有的技术优势，扬长避短。 开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口芯片。 利用已有技术优势扬长避短 利用通信速率高的优势 相同通信量的条件下，高通信速率可以减少通信信号占用传输介质的时间，可减少信号的碰撞冲突，为提高通确定性提供了途径。 以太网的通信速率从10MbpS，100MbpS到千兆。 控制网络传统通信速率的几十、几百Kbps，1M、5Mbps。 通信量一定的条件下，利用以太网的高通信速率有效减少碰撞冲突。 采取措施控制网络负荷 减轻网络负荷也可有效减少信号碰撞冲突的几率，提高网络通信的确定性。 控制网络的通信量不大，随机性、突发性通信的机会也不多，其网络通信大都可以事先预计并作出相应的通信调度安排。 如在网络设计时能合理分布各现场设备的节点位置，控制或减少各网段的负荷量，可有效避免冲突。 研究表明，在网络负荷低于满负荷的30％时，以太网基本可以满足对控制系统通信确定性的要求。 全双工交换技术 半双工通信发送或接收报文均在一对网线上完成，发生碰撞的几率大。 采用一对线发送数据，另一对线接收数据的全双工通信。 采用全双工以太网交换机 将网络切分为多个网段。 为连接在各端口上的每个网络节点提供独立带宽 相当于每个设备独占一个网段，数据只在本地网络传输而不占用其他网段的带宽。 连接在同一个交换机上的不同设备不存在资源争夺。 可使网段上多数数据不经主干网传输。 交换式全双工以太网消除了许多可能的冲突，提高了网络通信的确定性。 基于普通以太网技术的嵌入式控制节点 带以太网接口的嵌入式控制节点 随着ASIC芯片集成度与功能的不断增强，单个芯片内可包括CPU、存储器、通信