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1、工业以太网工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无基本定义不
2、稳定因素今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。需考虑因素那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、
3、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。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：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管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太
4、网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余（RSTP）、环网冗余（RapidRingTM）到主干冗余（TrunkingTM），都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。网络构成-一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：网络部件连接部件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）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。
5、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。相关协议总体概述当以太网用于信息技术时，应用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协议，但当它用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议，至21世纪，还没有统一的应用层协议，但受到广泛支持并已经开发出相应产品的有4种主要协议：HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。HSE基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范，称HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太网协议IE
6、EE802.3，TCP/IP协议族与FFIll的结合体。FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网 络与Internet的集成。HSE技术的一个核心部分就是链接设备，它是HSE体系结构将Hl(31.25kb/s)设备连接 100Mb/s的HSE主干网的关键组成部分，同时也具有网桥和网关的功能。网桥功能能够用于连接多个H1总线网段，使同H1网段上的H1设备之间能够进 行对等通信而无需主机系统的干涉;网关功能允许将HSE网络连接到其他的工厂控制网络和信息网络，HSE链接设备不需要为H1子系统作报文解释，而是将来自H1总线网段的报文数据集合起来并且将Hl地址转化为IP地址。ModbusModbu
7、s TCP/IP该协议由施耐德公司推出，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的 确定性，利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好。利用网络浏览器便查看企业网内部设备运行情况。施耐德公司已经为Mod-bus注册了502端口，这样就可以将实时数据嵌人到网页中，通过在设备中嵌入Web服务器，就可以将Web浏览器作为设备的操作终端。ProflNet针对工业应用需求，德
8、国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案，主要包括：基于组件对象模型(COM)的分布式自动化系统;规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间的开放、透明通信;提供了一个独立于制造商，包括设备层和系统层的系统模型。ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到ProfiNet网络当中，使整Profibus
9、设备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象间的 调用。EthernetEthernet/IPEthernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International两大工业组织推出的最新成员与Device Net和Control Net一样，它们都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)协议的网络。它是一种是面向对
10、象的协议，能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等) 的有效传输。Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的应用层协议CIP。因此，它们使用相同的 对象库和一致的行业规范，具有较好的一致性。Ethernet/IP采用标准的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包，这样通用且开放的应 用层协议CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协议，就构成Ethernet/IP协议的体系结构。网络优势工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实
11、际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。然而工业以太网的优势在哪里呢？一、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。二、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
12、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。三、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。四、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。重要性能
13、为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要的性能：工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协议10/100M 自适应传输速率冗余24VDC 供电简单的机柜导轨安装方便的构成星型、线型和环型拓扑结构高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3 秒用于严酷环境的网络元件，通过EMC 测试通过带有RJ45 技术、工业级的Sub-D 连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast Connect连接技术，确保现场电缆安装工作的快速进行简单高效的信号装置不断地监视网络元件符合SNMP（简单的网络管理协议)可使用
14、基于web 的网络管理使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络编辑本段技术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。近些年来,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，其技术优势非常明显：1（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
15、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，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，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
16、地持续向前发展。网络应用通讯标准PROFInet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：高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）；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）；独立于制造商的工程设计方案（应用开发）。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描述：PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通信。1.1 PROFInet设备的软件结构PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模块化设计的软件包含若干通信层，每层都与系统环境一致。PROFInet软件
