自学工业控制网络之路2.1-工业以太网概述

返回 自学工业控制网络之路

自学工业控制网络之路2.1-工业以太网概述

1.工业以太网介绍

工业以太网是以太网、甚至互联网技术延伸到工业应用环境的产物。

工业以太网既属于信息网络技术，也属于控制网络技术。

工业以太网要继承或部分继承以太网原有核心技术的基础上，应对适应工业环境性、通信实时性、时间发布、各节点的时间同步、网络的功能安全和信息安全等问题，提出相应的解决方案，并添加控制应用功能，还要针对某些特殊的应用场合提出的网络供电、本安防爆等要求给出解决方案。

从实际应用状况分析，工业以太网的应用场合各不相同，他们有的作为工业网路应用环境下的信息网络，有的作为现场总线的高速（或上层）网段，有的是基于普通以太网的控制网络，而有的则是基于实时以太网技术的控制网络。  
不同网络层次，不同应用场合需要解决的问题就需要特色技术的内容各不相同。

2.工业以太网特色技术

（1）应对环境适应性的特色技术

在工业以太网环境下，建议采用带紧锁机构的连接件，采用防雨、防尘、防电磁干扰的封装外壳，采用DIN导轨式安装结构的工业级产品。

防护等级的产品，使其在温湿度、强度、干扰、辐射等环境参数方面满足工业现场的需求。

（2）应对通信非确定性的缓解措施

控制网络的数据通信必须满足控制作用对通信确定性、实时性的要求。然后以太网采用IEEE802.3的标准，采用CSMA/CD会出现几个节点同时发送才生冲突的可能性。，所以无法满足控制网络的需求。

工业以太网可以利用以太网原有技术优势，扬长避短，缓解以上问题，如下：

    ① 利用以太网的高通信速率，相同通信量的条件下，提高通信速率可以减少通信信号占用传输介质的时间。

    ②控制网络负荷，减少网络负荷也可以减少信号的冲突，提高网络通信的确定性。

    ③采用全双工以太网技术，一对用来发送数据，一对用来接受数据。

    ④采用交换式以太网技术

可如果想彻底解决通信的确定性和实时性问题，应采用实时以太网技术。

（3）实时以太网技术

IEC 61784-2中包括了11个实时以太网的PAS文件，他们分别是EtherNet/IP、PROFINET、P-NET、Interbus、VNET/IP、TCnet、EtherCAT、EtherNet Powerlink、EPA、Modebus-RTPS、SERCOS-III 。

    ①以下列举了几种实时以太网的参考模型。

     Modebus/TCP和EtherNet/IP在应用层以下的部分沿用了普通以太网技术，可以在普通以太网心痛控制器ASIC芯片基础上，借助上层的通信调度软件实现其实时功能。

     EtherCAT、EtherNet Powerlink和PROFINET都需要特别的通信控制ASIC支持。

    ②实时以太网的媒体访问控制

   众多方案中，在对标准CSMA/CD协议进行改进后形成RT-CSMA/CD就是其中一种。

   在RT-CSMA/CD的实时以太网上，网络节点被划分为实时节点和非实时节点两类。

•       实时节点遵循RT-CSMA/CD协议，数据传输中如果检测到冲突，则发送长度不小于最小竞争时隙的竞争信号。
•       非实时节点遵循CSMA/CD协议

 ③ IEEE 1588精确时间同步协议

IEEE 1588定义了一种精确时间同步协议PTP，它的进本功能是使分布式网络内各节点的时钟与该网络中的基准时钟保持同步。

它不仅用于标准以太网，也适用于采用组播技术的其他分布式总线系统，已经收到工业以太网相关组织的广泛关注与采纳。

（4）网络供电

工业以太网目前提出的网络供电方案一是沿用IEEE802.3af规定的网络供电方式； 而是采用双绞线内空闲线对向网络节点设备供电。

（5）本质安全

本质安全是指将送往易燃易爆危险场合的能量控制在引起火花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生电火花而使系统安全得到保障。

所以，对网络节点设备的功耗，设备所使用的电容、电感等储能元件的参数，以及网络连接部件提出了新的要求。