工业以太网

–办公自动化 –企业的管理网络
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工业以太网的国际组织 工业以太网协会 (industrial ethernet association，lEA) 工业自动化开放网络联盟(industrial automation network alliance,IAONA) 推进工业以太网技术的发展、教育和标准 化管理、工业应用领域运用 美国电气电子工程师协会 (IEEE)也正着 手制定现场装置与以太网通信的标准。
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IP技术 IP技术 IP 技 术 是 Internet 的 基 础 ： IEEE1394， ATM(asynchronous transfer mode)， TCP,UDP(user datagram protocol)等等， 它还可以适用于其它的通信标准，如 FTP(file transfer protocol) 和 SMTP(Simple mail transfer protocol)等。 以太网已成为事实上的工业标准：
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三、 工业以太网互连模型
物理层与数据链路层采用IEEE802.3 规范 网络层与传输层采用TCP/IP协议组 应用层的一部分可以沿用上面提到 的那些互联网应用协议。
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四、 工业以太网技术应解决的 问题
1.通信实时性问题 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方 式，其本质上是非实时的。平等竞争的 介质访问控制方式不能满足工业自动化 领域对通信的实时性要求。 以太网一直被认为不适合在底层工业网 络中使用。需要有针对这一间题的切实 可行的解决方案。
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2.对环境的适应性与可靠性问题 以太网是按办公环境设计的，将它用于工 业控制环境，其鲁棒性、抗干扰能力等能 否自动化的要求。 在产品设计时要特别注重材质、元器件的 选择。使产品在强度、温度、湿度、振动、 干扰、辐射等环境参数方面满足工业现场 的要求。
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3.总线供电 在控制网络中，现场控制设备的位置分散 性使得它们对总线有提供工作电源的要求。 现有的许多控制网络技术都可利用网线对 现场设备供电，工业以太网目前还没有对 网络节点供电做出规定。 4.本质安全 工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危 险工业场所，就必须考虑本安防爆问题， 这是在总线供电解决之后要进一步解决的 问题。
都已经成为有代表性的工业以太网技术， 都已经成为有代表性的工业以太网技术，借 助于这些厂家的现场总线产品市场， 助于这些厂家的现场总线产品市场，这些工业 以太网产品得以快速提高了市场占有率。 以太网产品得以快速提高了市场占有率。
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工业以太网技术
在IS0/OSI7层协议中，以太网本身只定义 了物理层和数据链路层。 高层控制协议，以太网使用了TCP/IP协议。 IP(internet protocol)：确定信息传递 路线 TCP(transmission controI protocol)： 保证传输的可靠性。
现场总线与工业以太网技术
工业以太网技术
工业以太网技术
一、 工业以太网概述 二、 工业以太网的技术优势 三、 工业以太网互连模型 四、 工业以太网技术应解决的问题 五、 工业以太网非确定性问题的解 决措施 六、 工业以太网技术的发展趋势
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一、 工业以太网概述
以太网技术的思想渊源最早可以追溯 到1968年。以太网的核心思想是使用共 年 享的公共传输信道， 享的公共传输信道，这个思想源于夏威 夷大学。在局域网家族中，以太网是指 夷大学。在局域网家族中， 遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双 标准， 遵循 标准 绞线上传输的网络。 绞线上传输的网络。以太网也是当前主 要应用的一种局域网（ 要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的 ，局域网）类型。 以太网按照传输速率大致分为以下四种： 以太网按照传输速率大致分为以下四种：
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工业以太网发展背景及应用情况
随着社会的进步和技术发展， 随着社会的进步和技术发展，用于商业系统的 概念、方法和技术， 概念、方法和技术，越来越多地应用于工业领 域。近年来工业自动化领域也越来越多受到信 息技术（ ）的影响， 息技术（IT）的影响，信息技术的原理和标准 日益渗透到工业自动化产品和系统中。 日益渗透到工业自动化产品和系统中。工业以 太网在工业自动化领域中快速发展并且日益重 就是这种趋势的结果和体现。 要，就是这种趋势的结果和体现。
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工业以太网的发展 以太网技术最早由Xerox开发，后经数字 设备公司 (digitalequipment此rp·)、 lntel公司联合扩展，于1982年公布了以 太网规范。IEEE802.3就是以这个技术规 范为基础制定的。 以太网规范只包括通信模型中的物理层与 数据链路层。
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工业以太网技术： 工业以太网技术： 不仅包含了物理层与数据链路层的以太网 规范，而且包含TCP/IP协议组，即包含网 络层的网际互联协议lP、传输层的传输控 制协议TCP、用户数据包协议UDP等。 有时甚至把应用层的简单邮件传送协议 SMTP、域名服务DNS、文件传输协议FTP、 再加上超文本链接HTTP、动态网页发布等 互联网上的应用协议都与以太网这个名词 捆绑在一起。
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（2）以太网受到广泛的开发技术支持。 由于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都支持以太网的 应 用 开 发 ， 例 如 Java、VisualC++、 VisualBasic等。 采用以太网作为现场总线，可以保证多种 开发工具、开发环境供选择。
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（3）由于以太网是应用最广泛的计算机 网络技术，它也受到硬件开发商的高度重 视，这使得以太网系统的设计有广泛的硬 件产品可供选择。 （4）由于以太网己被使用多年，以太网 具有大量的软件资源，人们对以太网设计、 应用有很多的经验，对以太网技术十分熟 悉。
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传输介质是双绞线， 1）10Base-T 以太网 10Base- 以太网——传输介质是双绞线，传 传输介质是双绞线 输速率为10Mbit/s 10Mbit/s； 输速率为10Mbit/s； 传输速率为100Mbit/s 2）快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光 快速以太网 传输速率为100Mbit/s， 缆或双绞线作为传输介质，兼容10Base 10Base- 以太网； 缆或双绞线作为传输介质，兼容10Base-T 以太网； 3）Gigabit 以太网 ） 以太网——扩展的以太网协议，传输 扩展的以太网协议， 扩展的以太网协议 速率为1Gbit/s, 采用光缆或双绞线作为传输介质， 采用光缆或双绞线作为传输介质， 速率为 基于当前的以太网标准，兼容 10Mbit/s以太网和 基于当前的以太网标准， 以太网和 100Mbit/s以太网的交换机和路由器设备； 以太网的交换机和路由器设备； 以太网的交换机和路由器设备 4）10 Gigabit 以太网 ） 以太网——2002年6月发布，是一 月发布， 年 月发布 种速度更快的以太网技术。支持智能以太网服务， 种速度更快的以太网技术。支持智能以太网服务， 是未来广域网（ 是未来广域网（WAN——Wide Area Network） ） 和城域网（ 和城域网（MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 ）的宽带解决方案。
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过去以太网在工业自动化领域应用有限
–（1）以太网采用CSMA/CD碰撞检测方式：网络 的不确定性 –（2）以太网所用的接插件 (connector)、集 线器 (hub)、交换机 (switches)和电缆等不符 合工业现场恶劣环境的要求。 –（3）以太网抗干扰性能较差，不具备本质安 全性能。 –（4）以太网还不具备通过信号线向现场仪表 供电的性能。
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2.以太网技术作为现场总线技术具有如下 技术优势: 技术优势: （1）采用以太网作为现场总线，可以保 证现场总线技术的可持续发展。 –由于以太网的广泛应用，使它的发展一 直受到广泛的重视和大量的技术投人， 保证了以太网技术的不断发展。 –如果工业控制领域采用以太网作为现场 总线，将保证技术上的可持续发展，并 在技术升级方面无需独自的研究投入。
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首先是通信速率的提高， 首先是通信速率的提高，速率提高意味着网络负荷减 通信速率的提高 轻和传输延时减少，网络碰撞几率下降；其次由于采 轻和传输延时减少，网络碰撞几率下降；其次由于采 用星形网络拓扑结构和交换技术，使以太网交换机的 用星形网络拓扑结构和交换技术， 各端口之间数据帧的输入和输出不再受CSMA/CD CSMA/CD机制的 各端口之间数据帧的输入和输出不再受CSMA/CD机制的 制约，避免了冲突；再加上全双工通信方式 全双工通信方式使端口间 制约，避免了冲突；再加上全双工通信方式使端口间 两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送数据， 两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送数据， 而不发生冲突。这样， 而不发生冲突。这样，全双工交换式以太网能避免因 碰撞而引起的通信响应不确定性，保障通信的实时性。 碰撞而引起的通信响应不确定性，保障通信的实时性。 工业自动化系统向分布式、 工业自动化系统向分布式、智能化的实时控制方 向发展，使通信已成为关键， 向发展，使通信已成为关键，用户对统一的通信协议 和网络的要求日益迫切。所以，技术和应用的发展、 和网络的要求日益迫切。所以，技术和应用的发展、 需求使以太网进入工业自动化领域成为必然。 需求使以太网进入工业自动化领域成为必然。
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现场总线与以太网融合 在现场总线协议中，为提高传输效率，一 般只定义七层协议中的物理层、数据链路 层和应用层。 为与以太网融合，通常在数据包前加入IP 地址，并通过TCP来进行数据传递。 如今的控制网络中，以太网己经成为企业 层和控制层的主要网络技术。
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二、 工业以太网的技术优势
1.工业以太网与其它控制网络比较的优势: 工业以太网与其它控制网络比较的优势: （1）工业以太网可以满足控制系统各个层 次的要求，使企业信息网络与控制网络得 以统一。 （2）设备成本下降。 （3）用户拥有成本下降。 （4）以太网易与Internet集成。