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        《電子技術應用》
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        對工業以太網的認知

        2020-11-03
        作者:周彬
        來源:AET

           工業以太網是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的強大的區域和單元網絡。工業以太網, 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業內部互聯網(Intranet),外部互聯網(Extranet),以及國際互聯網(Internet) 提供的廣泛應用不但已經進入今天的辦公室領域,而且還可以應用于生產和過程自動化。繼10M波特率以太網成功運行之后,具有交換功能,全雙工和自適應的100M波特率快速以太網(Fast Ethernet,符合IEEE 802.3u 的標準)也已成功運行多年。采用何種性能的以太網取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。

          工業以太網由于其固有的可靠性、高性能和互操作性,已經滲透到工廠車間,成為自動化和控制系統的首選通信協議。為了滿足工業環境需要,工業以太網本質上使用封裝在以太網協議中的特殊工業協議,以確保在需要執行特定操作的時間和位置發送和接收正確信息。

          工業以太網協議可以支持工廠的各種通信要求,五大主流協議分別為EtherCAT、EtherNet/IP、ProfiNet、Modbus-TCP,Powerlink。

          EtherCAT是一個以以太網為基礎的開放架構的現場總線系統。EtherCAT為系統的實時性能和拓撲的靈活性樹立了新的標準,同時,它還符合甚至降低了現場總線的使用成本。

          EtherNet/IP是一個面向工業自動化應用的工業應用層協議。它建立在標準UDP/IP與TCP/IP協議之上,利用固定的以太網硬件和軟件,為配置、訪問和控制工業自動化設備定義了一個應用層協議西蒙公司開發。

          ProfiNet由PROFIBUS國際組織推出,是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準。ProfiNet可以為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案。并且,可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線技術,保護現有投資。

          Modbus /TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的 Modbus系列通訊協議的派生產品。顯而易見,它覆蓋了使用TCP/IP協議的 “Intranet”和“Internet”環境中 Modbus報文的用途。協議的最通用用途是為諸如PLC's,I/O模塊,以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網關服務的。

          POWERLINK,它具有開放且獨立的標準技術,對于任何一個以太網硬件產品都適用,支持任何拓撲類型,循環周期僅為100微秒,網絡抖動小于1微秒,完全滿足實時性和確定性的高標準要求。

          工業以太網還具有以下四大技術特點。

          1、通信確定性與實時性

          工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求,即信號傳輸要足夠快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數據準確定時刷新。

          2、安全性

          工業生產中,工業系統的網絡安全問題一直備受關注。工業網絡可能會受到包括病毒感染、黑客的非法入侵與非法操作等網絡安全威脅。

          工業以太網在協議里引入了safety協議的概念,可以避免黑客對網絡監聽和盜取以及信息的篡改,同時可以采用網關或防火墻等對工業網絡與外部網絡進行隔離,還可以通過權限控制、數據加密等多種安全機制加強網絡的安全管理。

          3、穩定性與可靠性

          工業現場的機械、氣候、塵埃等條件非常惡劣,因此對設備的工業可靠性提出了更高的要求。在工廠環境中,工業網絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性??刹捎脤к壥浇粨Q機產品,安裝在標準DIN導軌上,并有冗余電源供電,接插件采用牢固的DB-9結構。

          4、總線供電問題

          總線供電(POE)是指連接到現場設備的線纜不僅傳輸數據信號,還能給現場設備提供工作電源。對于現場設備供電可以采取以下方法:

          1)在目前以太網標準的基礎上適當地修改物理層的技術規范,將以太網的曼徹斯特信號調制到一個直流或低頻交流電源上,在現場設備端再將這兩路信號分離開來。

          2)不改變目前物理層的結構,而通過連接電纜中的空閑線纜為現場設備提供電源。


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