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zczc777
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樓主  發(fā)表于: 2008-11-25 18:55
所謂工業(yè)以太網,一般來講是指技術上與商用以太網(即IEEE802.3標準)兼容,但在產品設計時,在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。
  隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展與普及推廣,Ethernet技術也得到了迅速的發(fā)展,Ethernet傳輸速率的提高和Ethernet交換技術的發(fā)展,給解決Ethernet通信的非確定性問題帶來了希望,并使Ethernet全面應用于工業(yè)控制領域成為可能。
  工業(yè)控制網絡不同于普通數(shù)據(jù)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,即信號傳輸要足夠的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(shù)據(jù)準確定時刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD碰撞檢測方式,網絡負荷較大時,網絡傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求,因此傳統(tǒng)以太網技術難以滿足控制系統(tǒng)要求準確定時通信的實時性要求,一直被視為非確定性的網絡。
  然而,快速以太網與交換式以太網技術的發(fā)展,給解決以太網的非確定性問題帶來了新的契機,使這一應用成為可能。首先,Ethernet的通信速率從 10M、100M增大到如今的1 000M、10G,在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下,通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小,即網絡碰撞機率大大下降。其次,采用星型網絡拓撲結構,交換機將網絡劃分為若干個網段。Ethernet交換機由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉發(fā)的功能,使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖,不再發(fā)生碰撞;同時交換機還可對網絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾,使每個網段內節(jié)點間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網段內進行,而不需經過主干網,也不占用其它網段的帶寬,從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。再次,全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)上分別同時接收和發(fā)送報文幀,也不會發(fā)生沖突。因此,采用交換式集線器和全雙工通信,可使網絡上的沖突域不復存在(全雙工通信),或碰撞機率大大降低(半雙工),因此使Ethernet通信確定性和實時性大大提高。
  由于工業(yè)自動化網絡控制系統(tǒng)不單單是一個完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng),而且還是一個借助網絡完成控制功能的自控系統(tǒng)。它除了完成數(shù)據(jù)傳輸之外,往往還需要依靠所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令,執(zhí)行某些控制計算與操作功能,由多個網絡節(jié)點協(xié)調完成自控任務。因而它需要在應用、用戶等高層協(xié)議與規(guī)范上滿足開放系統(tǒng)的要求,滿足互操作條件。
  對應于ISO/OSI七層通信模型,以太網技術規(guī)范只映射為其中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層;而在其之上的網絡層和傳輸層協(xié)議,目前以TCP/IP協(xié)議為主(已成為以太網之上傳輸層和網絡層“事實上的”標準)。而對較高的層次如會話層、表示層、應用層等沒有作技術規(guī)定。目前商用計算機設備之間是通過FTP(文件傳送協(xié)議)、Telnet(遠程登錄協(xié)議)、SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)、HTTP(WWW協(xié)議)、SNMP(簡單網絡管理協(xié)議)等應用層協(xié)議進行信息透明訪問的,它們如今在互聯(lián)網上發(fā)揮了非常重要的作用。但這些協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結構等特性不適合應用于工業(yè)過程控制領域現(xiàn)場設備之間的實時通信。
  為滿足工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的應用要求,必須在Ethernet+TCP/IP協(xié)議之上,建立完整的、有效的通信服務模型,制定有效的實時通信服務機制,協(xié)調好工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中實時和非實時信息的傳輸服務,形成為廣大工控生產廠商和用戶所接收的應用層、用戶層協(xié)議,進而形成開放的標準。為此,各現(xiàn)場總線組織紛紛將以太網引入其現(xiàn)場總線體系中的高速部分,利用以太網和TCP/IP技術,以及原有的低速現(xiàn)場總線應用層協(xié)議,從而構成了所謂的工業(yè)以太網協(xié)議,如 HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。

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