工业级以太网在专业领域的应用

2022-03-31 10:44:38 admin 7

        众所周知,以太网已经成为企业信息系统中事实上的标准网络。工业实时控制是传统以太网的延伸,帮助用户建立一个更加开放和集成的工业自动化和信息网络。工业以太网技术,是标准以太网和通用工业协议的结合。首先,它满足了工业自动化的实时性要求。最初以太网中使用的CSMA/CD不能满足工业实时性要求。当时主要采用现场总线和令牌环网。随着技术的进步,该开关已满足从高精度时间同步(+-100ns)、分布式伺服控制、离散控制、过程控制到安全系统的所有工业应用要求,并支持现场和远程监控、诊断和配置;当然,以太网/IP产品也可以使用其他标准以太网服务,如HTTP、SNMP等。这意味着工业自动化和企业信息系统可以更直接地集成。例如,无需额外编程,相关人员可以通过web浏览器轻松配置、诊断和监控工厂设备。此外,Ethernet/IP还对EMC和安装保护级别做出了规定,以确保Ethernet/IP产品严格的工业环境适应性。


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       工业级以太网技术的特点

        1.通信确定性和实时性

        工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点是必须满足控制功能的实时性要求,即信号传输速度要足够快,满足信号的确定性。实时控制通常需要准确、定期地刷新某些变量的数据。由于以太网采用CSMA/CD模式,当网络负载较大时,网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时性要求。因此,传统的以太网技术很难满足控制系统对精确定时通信的实时性要求,一直被视为一个“不确定”网络。然而,快速以太网和交换式以太网技术的发展为解决以太网的不确定性问题带来了新的机遇,使其应用成为可能。首先,以太网的通信速率从10米和100米增加到了1000米和10米。在相同的数据吞吐量下,通信速率的提高意味着网络负载和网络传输延迟的降低,即网络冲突的概率大大降低。其次,使用星形网络拓扑,交换机将网络划分为多个网段。以太网交换机具有数据存储和转发功能,端口之间的输入输出数据帧可以缓冲而不发生冲突;同时,交换机还可以对网络上传输的数据进行过滤,使每个网段中的节点之间的数据传输仅限于本地网段,而不需要经过骨干网并占用其他网段的带宽,从而降低所有网段和骨干网的网络负载。第三,全双工通信使端口之间的两对双绞线(或两条光纤)能够同时接收和发送消息帧,而不会发生冲突。因此,使用交换集线器和全双工通信可以消除网络上的冲突域(全双工通信)或大大降低冲突概率(半双工),从而大大提高以太网通信的确定性和实时性。

        2.稳定性和可靠性

        传统以太网不是为工业应用而设计的,不考虑工业现场环境的适应性。由于工业现场的机械、气候和粉尘条件非常恶劣,对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中,工业网络必须具有良好的可靠性、可恢复性和可维护性。为了解决网络在不间断工业应用领域的极端条件下稳定工作的问题,迈威公司专门开发生产了安装在标准DIN导轨上的工业以太网交换机,并支持冗余电源。

        3安全

        工业系统的网络安全是工业级以太网应用中必须考虑的另一个安全问题。工业以太网可以集成企业传统的三层网络系统,即信息管理层、过程监控层和现场设备层,使数据传输速度更快、实时性更高,可以与互联网无缝集成,实现数据共享,提高工厂运营效率。但与此同时,它也导致了一系列的网络安全问题。工业网络可能受到网络安全的威胁,包括病毒感染、非法入侵和黑客的非法操作。一般来说,可以使用网关或防火墙将工业网络与外部网络隔离,还可以使用各种安全机制(如权限控制和数据加密)来加强网络的安全管理。

        4总线电源问题

        总线电源(或总线馈电)是指连接到现场设备的电缆,它不仅可以传输数据信号,还可以为现场设备提供工作电源。现场供电设备可采用以下方式:

        (1) 在现行以太网标准的基础上,适当修改物理层的技术规范,将以太网的曼彻斯特信号调制成直流或低频交流电源。

        (2) 不要改变当前的物理层结构,而是通过连接电缆中的空闲电缆为现场设备供电

        

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