工业以太网[编辑]

一、网络构成

1、网络部件

2、连接部件

FC 快速连接插座，ELS（工业以太网电气交换机），ESM（工业以太网电气交换机），SM（工业以太网光纤交换机），MC TP11（工业以太网光纤电气转换模块）

3、通信介质

普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤，SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯处理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。PG/PC 上的工业以太网通讯处理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。

二、网络优势

1、应用广泛

以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。

2、通信速率高

10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。

3、资源共享能力强

随着Internet/ Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联入互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。

4、可持续发展潜力大

以太网的引入将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

三、系统分类

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10ms以下。

四、网络特点

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、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。

⑴工业以太网是一个网络控制系统，实时性要求高，网络传输要有确定性。
⑵整个企业网络按功能可分为处于管理层的通用以太网和处于监控层的工业以太网以及现场设备层（如现场总线）。管理层通用以太网可以与控制层的工业以太网交换数据，上下网段采用相同协议自由通信。
⑶工业以太网中周期与非周期信息同时存在，各自有不同的要求。周期信息的传输通常具有顺序性要求，而非周期信息有优先级要求，如报警信息是需要立即响应的。
⑷工业以太网要为紧要任务提供最低限度的性能保证服务，同时也要为非紧要任务提供尽力服务，所以工业以太网同时具有实时协议也具有非实时协议。

五、网络问题分析

1、在传统工业工业以太网中上下网段使用不同的协议无法互操作：

所以使用一层防火墙防止来自外部的非法访问，但工业以太网将控制层和管理层连接起来，上下网段使用相同的协议，具有互操作性，所以使用两级防火墙，第二级的防火墙用于屏蔽内部网络的非法访问和分配不同权限合法用户的不同授权。另外还可用根据日志记录调整过滤和登录策略。

2、在工业以太网的应用中可以采用加密的方式来防止关键信息窃取：

主要存在两种密码体制：对称密码体制和非对称密码体制。对称密码体制中加密解密双方使用相同的密钥且密钥保密，由于在通信之前必须完成密钥的分发，该体制中这一环节是不安全的。所以采用非对称密码体制，由于工业以太网发送的多为周期性的短信息，所以采用这种加密方式还是比较迅速的。对于工业以太网来说是可行的。还要对外部节点的接入加以防范。

3、网络安全问题：

工业以太网的实时性主要是由以下几点保证：限制工业以太网的通信负荷，采用100M的快速以太网技术提高带宽，采用交换式以太网技术和全双工通信方式屏蔽固有的CSMA/CD机制。随着网络的开放互连和自动化系统大量IT技术的引入，加上TCP/IP协议本身的开放性和层出不穷的网络病毒和攻击手段，网络安全可以成为影响工业以太网实时性的一个突出问题。

六、网络应用

1、通信标准：

可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的连接。PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶段，它主要包含以下方面：⑴高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）；⑵基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通信方案（功能单元间的通信关系）；⑶独立于制造商的工程设计方案（应用开发）。

2、通信功能：

设备通信功能的实现是基于传统的Ethernet通信机制（如TCP或UDP），同时又采用RPC和DCOM机制进行加强。对于更高层次上的通信，PROFInet可以采用集成OPC（OLE for Process Control）接口技术的方式。

3、自动化领域：

为分布式自动化系统结构的实现开辟了新的前景，可以实现全厂工程彻底模块化，包括机械部件、电气/电子部件和应用软件。PROFInet支持各种形式的网络结构，使接线费用最小化，并保证高度的可用性。此外，特别设计的工业电缆和耐用的连接器满足EMC和温度要求并形成标准，保证了不同制造设备之间的兼容性。

七、用户利益

市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN（局域网）领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：
1、通过简单的连接方式快速装配。
2、通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。
3、通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
4、各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。

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