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工业以太网技术特点与系统构成

2021-09-09

工业以太网技术特点与系统构成:


      工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛和支持技术成熟等优点,已成为受欢迎的通信网络。随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域,技术优势非常明显:

      (一)Ethernet是全开放、全数字化的网络,遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。

      (二)以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络。

      (三)软硬件成本低廉,由于以太网技术已经非常成熟,支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

      (四)通信速率高,随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高,对信息量的需求也越来越大,有时甚至需要音频、视频数据的传输,当前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用,千兆以太网技术已经成熟,10G以太网也已经开发出来,其速率比现场总线快很多。

      (五)可持续发展潜力大,在这信息瞬息万变的时代,企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。


系统构成

      选择正确的工业以太网要考虑哪些因素?简单的来说,要从工业以太网通讯协议、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。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网管交换机中可以提供的功能。

      从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM),工业以太网设备包括:工业以太网集线器,非网管型工业以太网交换机,网管型工业以太网交换机,网管型环网冗余交换机。高级的网管型冗余交换机提供了一些特殊的功能,特别是针对有稳定性、安全性方面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。构建冗余网络的主要方式主要有以下几种,STP、RSTP;环网冗余RapidRingTM以及Trunking。


1. 工业以太网 STP及RSTP

        STP(Spanning Tree Protocol,生成树算法,IEEE 802.1D),是一个链路层协议,提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。如果一条路径有故障,该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。RSTP(快速生成树算法,IEEE 802.1w)作为STP的升级,将网络中断恢复时间,缩短到1-2s。生成树算法网络结构灵活,但也存在恢复速度慢的缺点。

2. 工业以太网环网冗余

      为了能满足工控网络实时性强的特点,RapidRing孕育而生。这是在工业以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后300ms之内甚至20ms之内自行恢复。并可以通过工业以太网交换机的出错继电连接、状态显示灯和SNMP设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。

      RapidRingTM也支持两个连接在一起的环网,使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接,这些连接可以是冗余的,避免单个线缆出错带来的问题。

3. 工业以太网主干冗余

      将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口,并建立连接,则这些工业以太网交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽,增强了网络吞吐量,而且还还提供了另外一个功能,即冗余功能。如果网络中的骨干链接产生断线等问题,那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递,保证网络的通讯正常。Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构,理论通讯距离可以无限延长。该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法,所以使网络中断恢复时间达到了新的高度,一般恢复时间在20ms以下。



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