工业以太网技术方案
EtherCAT 与TSN——工业以太网系统架构的最佳实践
EtherCAT与TSN——工业以太网系统架构的最佳实践作者：EtherCAT技术协会Karl Weber博士摘要：EtherCAT 是现场总线领域的主流技术，而IEEE802.1Q标准是交换机技术在办公应用的基础。
TSN为IEEE 802网络提供实时能力。
现在可以在机器层使用EtherCAT，并通过交换机连接多台机器。
复杂的机器要求内置更多的通讯设施。
将EtherCAT网段集成到一个TSN 网络中可以结合这两种技术。
这无需改变EtherCAT的从站设备。
两种技术的适配通过在EtherCAT的主站端的更新及对连接EtherCAT的交换机的适度扩展来实现。
目标自工作组建立以来，TSN就成为人们所熟知的“时间敏感网络”的缩写。
TSN TG的组合用于为IEEE 802网络提供确定性服务。
TSN技术可以应用于多种应用场合。
其设计初始是用于一个只有少数几个终端站点的、需要传输大量的视频/音频（A/V）高速数据流的系统中。
TSN通过引入“高速通道”(streaming)概念扩展了IEEE 802的best effort网络模型。
此模型提供一系列用于提升高速通道实时性的特征。
对TSN的理解TSN工作组TSN工作组设置在IEEE802.1工作组中，负责桥接网络。
“桥接”一词用于标准的规范中，但更为大众的说法是“交换”。
TSN改善了帧在IEEE 802部分网络传输中的延迟性，并且没有因堵塞产生的损失。
这意味着交换机世界的改变。
然而，这并不会改变以太网网络的基本特征，例如每节点小数据量传输时效率低下，以及灵活却耗时而复杂的转发机制。
在终端站点间用TSN的桥接传输是通过“高速通道”（stream）实现的。
IEEE802.1 标准中使用术语“talker”表示高速通道的发起者，术语“listener”表示高速通道接收者。
高速通道使用单向的数据传输，数据可以从一个talker单向传输到一个或多个listener。
为了在IEEE 802.1网络中使用高速通道，需要一个高速通道标识。
自主可控的支持1588V2的CBTC工业以太网骨干传输网络
LTE车地无线通信系统-车辆段方案
方案: 在车辆段设置LTE（B网）核心网设备、核心网网管设备及软件、BBU、RRU、工业以太网交换机 （支持IEEE1588V2）、同步服务器以及GPS/BD双源天线，在库内外采用定向天线或全向天线进 行无线信号覆盖，车辆段库内库外双网（A网+B网）覆盖。
2019Q1
已正式发布
2019Q2
2019Q3
2019Q4 2020Q1
2020Q2
全国产自主可控实时操作系统
军方认证的“道”系统
应用于中国歼-20的飞控航电系统和新一代战舰
实时操作系统 云操作系统 工业互联网操作系统
操作系统
全国产自主可控产品线
自主ASIC交换芯片KD5660 全国产化CPU—龙芯2K1000 工业互联网实时操作系统—“பைடு நூலகம்”系统 软件协议栈与硬件平台自主研发设计 获得中国泰尔实验室认证
资产管理
全面监测
各种设备、业务资产查询统计
告警管理 报表管理
根据业务场景提供多级视图 支持设备性能、状态全方位监测
告警信息智能化处理流程
提供告警、性能、资源等日常报表
骨干网络核心三层交换机
u 灵活的模组化设计，可达28个千兆接口 u 多种二层冗余组网机制 u 多种三层路由协议 u 支持IEEE1588v2,同步精度可达±100ns u 可扩展多种服务模块 u 支持DDM（高铁信号系统安全数据网技术规范V3.0） u KEMA,CE,FCC,EN50155,50121
自主可控以太网交换芯片演进图
KD3004、40nm
KD3008;40nm
KD5616,40nm
KD3404-pcie、 40nm
工业以太网基础及应用三(PROFINET技术)
工业以太网基础及应用模块三 PROFINET技术任务一 PROFINET 技术概述【学习目标】1、认识PROFINET网络技术。
2、了解PROFINET网络实现实时与等式实时的技术原理。
【相关知识】PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。
作为一个开发的通讯系统，PROFINET基于国际标准（IEEE 802.3，802.3u标准），并且满足特殊的网络部件的工业要求。
未来借助于PROFINET,以太网将能够完成来自运动控制系统，以及网络上现场设备的硬实时要求。
交换机制PROFINET 使用交换以太网作为访问方式。
它由点对点的连接组成。
全部设备都通过点对点连接直接连接其它设备（只连接一个设备）。
交换机允许在两个方向（发送和接收）同时进行通信。
因此，可以提供200 Mbps 的网络性能，相当于快速以太网带宽(100 Mbps) 的2 倍。
通过强制要求PROFINET 采用交换技术，PROFINET 实现了无冲突数据传输。
SIMATIC 交换机利用两种机制满足PROFINET 的实时性要求：“直通”和“存储转发”。
这些交换机制的优点：无需要帧的节点或网络区域不需处理与它们无关的数据。
其带来的空闲网络性能可供其它设备使用。
与传统解决方案不同的是，该解决方案利用交换机制实现了不同网段内部的并行通信，并因而提高了有效带宽。
基于PROFINET的实时通信实时通信实时通信用于将分布式I/O站点连接到控制器，从而利用总线传递传感器和执行器的信号状态。
PROFINET提供两种等级的实时通讯。
解决以太网协议实时性的几种方案
解决以太网协议实时性的几种方案摘要以太网技术以其低成本、高速、高稳定性和高可靠性的优点，正逐渐向工业现场控制领域发展，但是由于以太网技术在工业现场通信方面不能满足实时性的要求，因此就诞生了许多实时以太网技术的解决方案。
本文主要介绍现今比较流行的几种实时以太网协议，以及它们如何在工业以太网的基础上对协议进行改进，以满足工业现场对实时通信的要求。
1 概述在工业控制系统中，现场总线技术的发展使智能现场设备和自动化系统以全数字式、双向传输、多分支结果的通信控制网络相连，使工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展。
但是由于各类现场总线标准之间的不可兼容性无法实现统一，阻碍了现场总线技术的发展。
另一方面，以太网技术作为垄断办公自动化领域的通信技术，以其通用性、低成本、高效率、高可靠性和高稳定性等诸多优势，得到了工控界越来越多的关注和认可。
用以太网技术来实现从管理层到工业现场层的一致性通信，人们习惯上将应用到工业领域的以太网技术称为“工业以太网”。
工业数据通信网络与信息网络不同,工业数据通信不仅要解决信号的互通和设备的互连,而且需要解决信息的互通问题,即信息的互相识别、互相理解和互可操作。
所谓信号的互通,即两个需要互相通信的设备所采用的通信介质、信号类型、信号大小、信号的输入/输出匹配等参数，以及数据链路层协议符合同一标准,不同的设备能连接在同一网络上实现互连。
如果仅仅实现设备互连,但没有统一的高层协议(如应用层协议),那么不同设备之间还是不能相互理解、识别彼此所传送的信息含义,就不能实现信息互通,也就不可能实现开放系统之间的互可操作。
互可操作性是指连接到同一网络上、不同厂家的设备之间，通过统一应用层协议进行通信与互用,性能类似的设备可以实现互换。
这是工业数据通信网络区别于一般IT网络的重要特点。
对工业控制来说，还有一个很重要的区别就是实时性。
实时性的一个重要标志就是时间的确定性，通信时数据传输时间不是随机的，而是可事先确定的。
西门子工业以太网通讯技术
10.1.1 以太网技术 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 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，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双绞线上传 输的网络。以太网也是当前主要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s； 快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼 容10Base-T 以太网； Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线 作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以 太网的交换机和路由器设备； 10 Gigabit 以太网——2002年6月发布，是一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（WAN——Wide Area Network）和城域网 （MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物，前者源于后者但 不同与前者。以太网技术经过多年的发展，特别是它在Internet中广泛应用， 使得它的技术更为成熟，并得到了广大开发商与用户的认同。因此无论从技 术上还是产品价格上，以太网较之其他类型网络技术都具有明显的优势。另 为，随着技术的发展，控制网络与普通计算机网络、Internet的联系更为密切。 控制网络技术需要考虑与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通 信能力的要求，这些都是控制网络设备的开发者与制造商把目光转向以太网 技术的重要原因。
碾沟煤矿工业以太环网技术方案
碾沟煤矿工业以太环网技术方案工业以太网系统技术方案一、前言近年来,随着世界科技的发展与全球化，我国提出了两花融合的战略目标,两华融合是信息化和工业化的高层的深度结合，是指以信息化带动工业化、一工业化促进信息化,走新型工业化道路;两化融合的核心就是信息化支撑,追求可持续发展模式,两化融合在煤炭产业就是煤矿生产过程监控,全矿井安全生产安全环境监测，生产过程信息综合利用等方面的自动化、智能化和网络化。
通过建立以工业以太网维基础平台，实现各自动化控制系统的集中监控,形成完整的管制一体化综合应用系统。
以太网视一种计算机局域网组网技术。
IEＥＥ制定的IEEE80２．3标准给出了以太网的技术标准。
它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问协议的内容。
以太网视当前应用最普遍的局域网技术。
它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网、ＦDＤＩ和A ＲCＮET．以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网为了最大程度的减少冲突，最大程度的提高网络速度和使用效率，使用交换机来进行网络连接和组织,这样，一台瓦那个的拓扑结构就成了星型，但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CＳＭＡ/CD（即带冲突检测的载波监听多路访问）的总线争用技术。
二、系统实施细则作为减少数字化矿井,必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计，其最终的效益要体现在煤矿企业整体效益上，而非在某个生产局部环节,因此作为数字化矿井构架必须充分考虑影响企业最终效益的方方面面，必须涵盖煤矿企业经营管理、安全监控、生产控制、设备监控等各个层面。
2.1系统设计原则考虑到阳泉煤业集团和顺新大地煤矿综合自动化系统工程的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目是设计原则为：“先进性、成熟性、使用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查性、互联性和可扩展性、经济性”。
为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效地运转,整体方案设计遵循以下设计原则：先进性、成熟性使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既满足当前的需求，又适应未来的发展。
福禄克-工业总线及以太网测试方案
–
3.
信号是否受到干扰，是否有失真
•
测量布线系统 – 线缆阻抗, 端接, 开路 或 短路 – 线缆的传输性能 (UTP) 10Mb, 100Mb, NEXT, Mismatch Pairs etc
网络问题，信号问题，还是布线系统的问题?
15
Segment is Down ?
检查网络协议错误 – 网络流量 – 数据包传输错误 (CRC, 帧分界, 检验) – 协议统计 验证信号的完整性 – 信号符合设备要求或满足行业标准
中国标准
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•
《综合布线系统工程验收规范》，编号GB 50312-2007， 《通信电缆——局用对称电缆》, 编号YD/T 1820-2008
内置工业应用的测试标准 ProfiBus,WTB,MVB
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工业应用标准
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双绞线测试参数
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所需测试的参数与应用的测试标准有关 – Wire Map接线图(开路/短路/错对/串绕) – Length长度 – Propagation Delay传输时延 – Delay Skew 时延偏离 – Insertion Lose插入损耗 – Attenuation衰减 – NEXT近端串扰 – PS NEXT 综合近端串扰 – Return Loss 回波损耗 – ACR 衰减串扰比 – EL FEXT 等效远端串扰 – PS ELFEXT综合等效远端串扰
Network Performance Issues ?
工业网络的核心组成部分
工业网络维护涉及到三个不同方面
Cabling Infrastructure
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• •
k Communications
Portable handheld LAN and WAN test and solutions
井下工业以太网交换机安装方案
井下工业以太网交换机安装方案一、配置1、IP地址段分配KIEN6000系列交换机模块默认IP为192.168.0.2, CANET适配器默认IP 为192.168.0.196, 所以网络内尽量不使用这两个IP，以防交换机模块和CANET适配器出现故障时造成网络内IP冲突，一般情况下机房磁盘阵列、服务器、终端等使用192.168.0.1—192.168.0.100 IP段，CANET适配器（或KJJ107A用以太网通讯板）使用192.168.0.101—192.168.0.199IP段，以太网交换机模块使用192.168.0.200—192.168.0.255 IP段。
2、交换机参数设置1)设置交换机拨码属性，一般地面机房交换机设置为局端，即T：ONF：ON，其余井下交换机都设置为远端，即T：OFF , F：ON。
2）交换机IP设置交换机初次设置时，使用所配串口转RJ45线接交换机模块CONSOLE口，使用超级终端设计交换机模块IP3、CAN卡（或KJJ107A用以太网通讯板）参数设置CAN卡使用ZNetCom_NCB软件搜索交换机所配CANET适配器，依次进行设置IP及CAN波特率KJJ107A用以太网通讯板使用WEB方式访问以太网通讯板设置界面，修改IP地址和FSK通讯参数。
4、网管软件安装及设置安装SNMPC软件到网管主机C盘，将KIEN6000.MIB文件进行编译，修改搜索/轮寻配置，添加所接交换机到主网络，人为造成交换机交直流状态，并对网管软件交直流事件进行配置5、交换机SNMP协议设置及陷阱管理者设置通过IP地址访问交换机模块WEB配置页，添加网管主机IP到SNMP陷阱管理者。
二、IP及MAC地址表记录记录所有主网络内网络设备的IP地址，记录每台交换机配置的IP地址和MAC地址，记录交换机所接CANET适配器（或KJJ107A用以太网通讯板）配置的IP地址和MAC地址。
三、功能检查交换机上电后，检查交换机模块是否正常工作，检查CANET适配器24V 电源灯和5V电源灯是否正常亮起（KJJ107A交换机检查24V、12V、5V 电源供电是否正常），检查交直流转换功能是否正常，检查复位开关是否正常，使用光功率计测试光口发光功率是否正常，（KJJ107A检查FSK通讯板跳线是否正确）。
工业互联网方案
第1篇
工业互联网方案
一、背景与目标
随着信息技术的飞速发展，工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，已成为我国制造业转型升级的关键驱动。本方案旨在为某工业企业提供一套合法合规的工业互联网解决方案，实现生产流程优化、设备管理智能化、资源配置高效化，提升企业核心竞争力。
二、现状分析
3.人员培训与适应：制定详细的培训计划，提高员工对新技术的接受度；
4.政策法规风险：密切关注政策动态，确保项目合规性。
六、总结
本方案从设备智能化、生产自动化、数据采集与分析、供应链优化、设备维护等多个方面为企业提供了一套详细、可行的工业互联网实施方案。通过实施本方案，企业将实现生产效率提升、成本降低、产品质量优化等目标，为制造业转型升级奠定坚实基础。
1.企业生产流程复杂，信息孤岛现象严重；
2.设备维护成本高，故障诊断困难；
3.企业内部资源配置不合理，影响生产效率；
4.数据采集、分析能力不足，制约企业智能化发展。
三、解决方案
1.构建工业互联网平台
（1）采用云计算、大数据、物联网等先进技术，搭建企业级工业互联网平台；
（2）整合企业内部生产、管理、服务等数据资源，消除信息孤岛；
（3）搭建设备监控与故障诊断系统，提高设备运行稳定性。
2.生产线自动化升级
（1）引入自动化生产线，提高生产效率，降低人力成本；
（2）运用工业机器人、智能仓储物流系统等技术，实现生产流程的优化；
（3）通过生产执行系统（MES）与企业管理系统（ERP）的集成，实现生产计划与执行的紧密协同。
3.数据采集与分析
7.持续优化与改进，确保方案的有效实施。
五、风险与应对措施
1.技术风险：选择成熟、可靠的技术供应商，确保技术先进性；
几种典型工业以太网技术比较
4 Ethernet Powerlink
Ethernet POWERLINK（以下有时简称为 EPL）自 2001 年由贝加莱公司推出 以来，存在三个版本，如图 4-1 所示。
图 4-1 EPL 版本
4.1 技术特点（贝加莱宣称） （1）单个网段最多连接 240 个实时站点； （2）真正的确定性通信； 达到 IAONA 实时等级 4 级（最高等级）； 快速，100Mbit/s，最小循环周期 200us； 网络站点之间精确同步，抖动小于 1us。 （3）标准化； 底层技术采用 IEEE802.3u，快速以太网； 支持 IP 协议（TCP，UDP…）； 集成 CANopen 行规 EN50325-4，实现设备的互操作性； 基于标准的以太网芯片，不需要特别的 ASICs。 （4）直接点到点通信； （5）支持热插拔； （6）支持多 CPU 解决方案，优化负载，使之大体平衡。
几种典型工业以太网技术比较
1
1 工业以太网总览
表 1 给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。
序号 1 2 3 4 5 6
表 1-1 常见工业以太网及其管理组织列表
名称 Modbus/TCP Ethernet/IP Ethernet Powerlink PROFInet SERCOS-III EtherCAT
6
（2）通信应用层：一个 Modbus 设备可以提供一个客户机和/或一个服务器 Modbus 接口，并提供 Modbus 客户接口，使用户应用可以生成各类 Modbus 服务 请求。
（3）TCP 管理层：负责全面管理报文传输 TCP 连接，并控制未知 IP 地址 的访问连接以保证数据安全。TCP 502 端口是为 Modbus/TCP 保留的，每个 Modbus 服务器必须在 502 端口提供监听服务，允许建立连接和交换数据，而 Modbus 客户机端口必须大于 1024。
工业PON全光网络方案技术说明
网络虚拟化 支持，基于VXLAN实现网络虚拟化，多业务融合承载
不支持，仅能通过VLAN做终端隔离，无法实现网络虚拟化
以太网占优
技术发展 未来演进
从100M，到1G，到10/25G，到40/100G，可持续演进
10G EPON及10G GPON标准已发布，商用规模小，未来演进 路径不明确
以太网占优
综上所述： ➢ 以太网方案和EPON/GPON为代表的PON方案各有优势，以太网方案目前在企业园区组网中使用广泛，PON方案多用于运营商场景，工业应用场景较少。 ➢ 当前不同组网选型还在研究，尚未确定技术路线，需要进一步研究验证。
全光方案需要培训赋能
以太网占优
环网检测
RSTP，检测时长1-30s，环网点难排查，需要根据RSTP协议端口 Ring check报文检测，秒级检测，网点清晰，易排查 角色判定
全光占优
大带宽
有线千兆接入，WIFI6千兆接入
有线千兆接入，WIFI6千兆接入
持平
低时延
毫秒级时延
毫秒级时延
持平
可靠性
双上行LACP保护 ( S级保护) ，设备级堆叠
GPON
源于ATM。
核心 交换机
核心 交换机
OLT 分光器
P2MP 带宽强收敛
OLT 分光器
P2MP 带宽强收敛
接入 交换机 备注：接入交换机，桌面设备独占上下行对称带宽
交换机的技术发展时间长，已经很成熟， 具有运行效率高，灵活拓展等优点。
ONU 备注：分光比越大，单ONU带宽越低。
交换机<-> 交换机 视不同容量规模，按需灵活建网
OLT<-> 分光器<-> ONU 需配套核心交换机使用，独立不成网
工业以太环网设计方案
工业以太环网设计方案概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产,具有复杂生产系统的矿井,为提高矿井的生产效率,对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度;各矿综合自动化系统,根据管控一体化思想,以三层网络为基础,结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术,采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件,将煤矿生产、管理的各个环节,统一在一个网络平台上,形成一个统一、完整的有机整体,使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平;1.1.1 设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计,同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状;对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统,在井上和井下设置的高速以太环网,主链路采用千兆光纤;在核心层采用千兆工业以太网技术,通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次,同时具备高冗余性能;各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备,以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网,采用标准TCP/IP协议和以太网技术;实现矿区各个管理部门的网络连接,实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化,能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据;控制层：建设综合自动化控制网,采用工业以太环网+现场工业总线来实现,实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统;设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统;控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术,传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆,网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构;1.2.1 技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备,为了达到方便管理,保证系统运行稳定的目的,必须选择一个开放的通信平台,并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上;为保证良好的兼容性和可扩充性,建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准;如有其他类型的通信格式,如RS232,RS485或其他专用通信接口等等,均可通过协议网关转换为以太网信息包,在IP网络上进行传送;以太网TCP/IP技术具有以下的优势：随着企业的发展、各种新技术的应用,可以预见,对网络的带宽要求也会越来越高,比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输;以太网技术具有相当高的数据传输速率目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机,能提供足够的带宽；能在同一总线上运行不同的传输协议,从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；支持交互式和开放的数据存取技术；沿用多年,已为众多的技术人员所熟悉,市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具,成为事实上的统一标准；允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构;以太网早期存在不确定性和实时性能欠佳的问题,已通过智能交换机的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入等,基本上得到了解决;通过提高数据传输速率,仔细地选择网络的拓扑结构、设置服务质量QOS等,从而保证数据传输的准确性和实时性;因此,本方案选择工业以太环网组网技术作为综合自动化控制网的技术选型;冗余工业以太网网络设计1.3.1 综述随着网络化、综合自动化概念向自动化领域的不断渗透,自动化控制理念和技术也在不断发展;在上世纪末新型的现场总线控制系统突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统实现所造成的缺陷,试图将基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案;此后,上位机、PLC和现场总线构成的集散监控系统逐步成为自动化的主流;但由于不同行业不同应用派生出的不同的总线系统,加之经济利益的冲突,各种不同的现场总线标准之间的互不兼容严重束缚了不同厂商设备之间的互连,使得现场总线成为受厂商限制的专用网络;随着以太网技术的不断发展,它不仅在办公自动化领域而且在工业自动化场合得到了广泛应用,许多控制器、PLC、智能仪表、DCS系统已经带有以太网接口,这些都标志着工业以太网已经成为真正开放互连的工业网络的发展方向;采用的基于工业以太网的集成式全分布控制系统,具有高度的分散性、实时性、可靠性、开放性和互操作性的特点,因此,本方案采用工业以太网技术进行综合自动化控制网的设计;1.3.2 工业以太网的特点及安全要求虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络,但是工业以太网是面向生产过程,对实时性、可靠性、安全性和数据完整性有很高的要求;1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;2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;3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;4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;1.3.3 工业以太网的应用安全问题分析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;要采取严格的权限管理措施,可以根据部门分配权限,也可以根据操作分配权限;由于工厂应用专业性很强,进行权限管理能有效避免非授权操作;同时要对关键性工作站的操作系统的访问加以限制,采用内置的设备管理系统必须拥有记录审查功能,数据库自动记录设备参数修改事件：谁修改,修改的理由,修改之前和之后的参数,从而可以有据可查;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; 目前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工业以太网的实时性目前主要是由以下几点保证：限制工业以太网的通信负荷,采用1000M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;1.3.4 综合自动化网络冗余方式选型MOXA交换机的超级环网仅仅在切换中已传递的数据延迟20ms而已,没有数据丢失的问题;选择单环单节点冗余网络是基于对现场各个控制系统的了解及比较决定的;因为要做到比单环单节点冗余网络更加可靠的环网,就要选择双环网结构,所以各矿选择既经济又可靠的单环单节点冗余结构;本次规划采用单环单节点组网方式,兼顾了可靠性与经济性;光纤环网冗余结构通过建立一个环状的光纤以太网结构来实现网络冗余,减少网络单点故障,增强整个通信网络在突发情况下的生存能力;1.3.5 网络产品的选型1.信息管理网络产品选择考虑到信息管理网络对网络设备的性能、功能要求较高,建议采用目前市场主流的网御星云公司的网络设备;2.综合自动化控制网络产品选择由于工业环境如煤矿等行业的特殊性,普通交换机在抗干扰性能、电磁兼容性、可靠性、可用性、MTBF等方面不能完全适应工业环境的要求,且不能形成高速冗余环的连接方式,使用寿命也会大大降低;因而必须采用工业级的以太网交换机,本方案采用台湾MOXA公司的工业以太网交换机系列;MOXA工业级交换机产品特点：1、有工业级核心交换机,带宽万兆级别可承上启下,无信息传输瓶颈;2、可以建立多环,系统带宽随环数倍数增加,方便扩容;3、交换机电磁兼容性、工作温度、平均工作时间等指标是其他设备无法达到的;摩沙公司的工业以太网交换机EDS618A和核心交换机PT7728系统产品均为工业级以太网设备;它们采用牢靠的重负荷设计,其性能指标远远超过一般的OA网络产品,电磁兼容性、工作温度、防震等指标完全符合工作现场的要求;摩沙网络产品还支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式,如单环网冗余、单环双节点冗余、双总线冗余、双环网冗余和环间冗余;所有冗余结构在切换时,已传递的数据延迟小于100ms,不会造成数据丢失的问题;1）网络架构核心设备——工业以太环网交换机要求以下设备具体配置要求以设备清单为准;中央核心交换机PT77282台互为冗余PowerTrans PT-7728是一款高性能的交换机;PT-7728满足变电站自动化系统IEC 61850-3,IEEE 1613、交通控制系统NEMA TS2和轨道交通系统EN50121-4的需求;PT-7728可组建高性能的千兆以太网骨干网络、冗余环网,它具备24/48 VDC或110/220 VDC/VAC 冗余电源输入的功能,在提高网络通信稳定性的同时还可以节省布线;PT-7728模块化的设计为用户提供更加轻松的组网方式,4个千兆端口和24个以太网口让您在组建网络时更加灵活;PT-7728还可以选择前/后出线的方式,非常适合您的各种应用;支持虚拟局域网技术VLAN：使用虚拟局域网技术,通过将网络划分为独立的子网,可以有效的降低网络的负荷,提高网络的通讯效率,它具有以下特点：- 支持Turbo Ring和RSTP/STPD- IGMP Snooping和GMRP过滤多播封包- 支持基于端口的VLAN、IEEE VLAN和GVRP协议,轻松实现网络管理- 通过QoS--IEEE 1Q和TOS/DiffServ提升决策机制- 采用,LACP优化网络带宽- 支持IEEE 和https/SSL,增强网络安全性- SNMP V1/V2c/V3用于不同级别的网络管理- 采用RMON提升网络监控能力- ABC-01自动备份配置器- 带宽管理可以阻止不可预料的网络状态,端口锁定只允许授权的MAC地址访问- 端口镜像用于在线调试- 异常事件通过E-mail和继电器自动输出报警- 自动恢复连接设备的IP地址- Line-swap快速恢复- 可通过web 浏览器、Telnet/Serial console,Windows Utility和ABC-01配置本次设计采用其中4个千兆网络光口,16个百兆网络电口的核心交换机,,网络千兆光口与千兆环网联接,建立主/备冗余；网络百兆电口与服务器之间连接,从主干环网到服务器实现三层冗余,避免数据在网络传输的瓶颈,同时在调度台放置的操控站与核心交换机网络千兆电口连接,实现操控站高可靠性;主干交换机EDS-618AMOXA EtherDevice Switch EDS-618A网管型工业以太网交换机;千兆以太网冗余协议 Turbo Ring自愈时间<20ms,可以提升您的千兆网络骨干的可靠性;EDS-618A以太网交换机支持多种智能化的网络管理功能,包括QoS,IGMP Snooping/GMRP,VLAN,Port Trunking,SNMP V1/V2c/V3,IEEE 和Https/SSL 等功能;它具有如下特点：- 2个千兆端口＋16个快速以太网端口- Turbo Ring,Turbo Chain,RSTP/STP用于以太网冗余IEEE 1588PTP,Modbus/TCP,LLDP,SNMP Inform,QoS,IGMPsnooping,VLAN,IEEE ,HTTPS,SNMPv3和支持SSH- ABC-01自动备份配置器更易于置换故障设备- IPv6 Ready认证IPv6 标志委员会认证- IEEE 1588PTP精密时间协议,用于与网络同步的准确时间- DHCP Opition 82,用于以不同策略分配IP地址-支持工业以太网协议Modbus/TCP- Turbo Ring及Turbo Chain全载时自愈时间 < 20毫秒和RSTP/STP IEEE D- IGMP Snooping及GMRP,用来过滤工业以太网协议中的多播流量-基于端口VLAN,IEEE VLAN和GVRP,轻松实现网络规划-支持QoS-IEEE 1Q和TOS/DiffServ,增加网络确定性-支持端口聚合,优化网络带宽-支持SNMPv3,IEEE ,HTTPS和 SSH增加网络安全性-支持SNMPv1/v2/v3不同等级的网络管理协议煤矿防爆兼本安环网交换机基本要求具有防爆或本安认证单台交换机具有本安RS485或RS232接口,方便井下总线子系统接入具有10个以上的出线嘴2、KJJ58型矿用本安型以太环网交换机参数：网络系统中采用的千兆MOXA工业交换机节点设备均为专为工业环境设计的工业交换设备,能够适应高温、高湿、尘埃和震动的环境,满足在煤矿环境的防爆及安全要求;符合GB50054—92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范和GB3836－83爆炸性环境用防爆电器设备通用要求;考虑到现场的恶劣条件,为减少因电源故障而产生的网络中断等事故发生几率；提高网络的可用性,井下环网交换机内部均配备了专用的不间断电源;交换机工作电压：127V/220V/380V/660V以太网光信号接口a、接口数量：4个；b、传输方式：全双工TCP/IP传输协议,波长为1310nm的单模光纤；c、传输速率：10/100/1000M自适应；d、光发射功率：≥-10dBm～-5dBm；e、光接收灵敏度：≤-20dBm；｛使用MGTSV-2、4、6、8、10、12A型光缆｝;以太网电信号接口性能本安接口a、接口数量：6个；b、传输方式：全双工TCP/IP传输协议；c、传输速率：10/100 Mbps自适应；d、信号工作电压峰峰值：1V~5V；e、到分站设备之间最大传输距离：5mMHYVR电缆,电缆分布参数：分布电容：≤μF/Km；分布电感：≤ Km；直流电阻：≤Ω/Km；RS485信号接口本安接口a、接口数量：4个b、传输方式：半双工RS485信号,双极性；c、传输速率：2400bps；d、信号工作电压峰峰值：≤10V；e、信号工作电流峰值：≤95mA；f、到分站设备之间最大传输距离：20km;服务器、工作站等设备的连接在中央调度室或机房的各个服务器、工作站等设备可通过快速以太网卡直接与中央监调度室室的核心交换机的端口相连,提供10/100M/1000M的端口速率;现场的各个PLC或其他设备则直接通过双绞线与现场就近的交换机的相应端口相连,提供10/100M的端口速率;交换机布置方案介绍1.4.1 网络配置1、环网部分：根据掌石沟煤业矿井地域实际情况,按区域、节点数量、规模可划分为一个环;自动化控制环网按照网络节点与网络应用不同,分为中央网络与接入工业以太网环网两部分;中央网络核心设备与同机房的环网接入设备互连,保证不同环网之间的数据的传输;主环网都采用当今技术领先的千兆工业以太网技术;中央网络设置于中心机房,用于提供接入环网的上联,以及大量服务器的接入;同时,中央网络通过安全措施与信息管理网互联;中央网络设置两台PT7728作为整个网络的汇聚核心交换机,通过光缆与主干交换机之间进行传输;井下部分各交换机及设计布置点如下：2由于工业环境如煤矿等行业的特殊性,普通交换机在抗干扰性能、电磁兼容性、可靠性、可用性、MTBF等方面不能完全适应工业环境的要求,且不能形成高速冗余环的连接方式,使用寿命也会大大降低;因而本方案采用可靠的工业级的以太网交换机;所有交换机都采用光纤端口组环,一个连接上级交换机,一个用于连接下级交换机,构成一个完整的光纤环路;当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或相应的网络设备发生故障时,整个网络会自愈,并在500ms内恢复正常的通讯,这样就构成二级冗余;如果环网中某个交换设备或链路发生故障,环网传输路径将选择反方向传输,保证主传输通道信号不间断；传输路径倒换时间设计小于500ms;1.4.2 网络管理本方案采用MOXA公司的MAXVIEW网络管理软件对整个网络的所有网络设备进行统一的管理;网络管理是计算机网络系统可靠、安全、高效运行的保障;ISO为网络管理的实现制定了相应的标准,使网络管理系统能够相互兼容和互连;网管是对整个管理信息网进行规划、配置的工具,它可以实现对所有支持SNMP协议的网络设备进行管理、配置,在更改设备配置时只要在网管工作站对相关设备进行合适配置,通过网管工作站对网络设备进行日常管理、流量统计、故障分析等;设备控制网中所有光纤环网交换机均支持Web管理;在网管工作站上使设备用浏览器,通过光纤环网交换机的管理IP地址即可在图形化界面上实现对交换机管理、配置和状态的观测;工业以太环网明细表。
基于ERTEC200P芯片的PROFINET IO工业以太网接口开发
电气传动2021年第51卷第4期ELECTRIC DRIVE 2021Vol.51No.4Development of PROFINET IO Industrial Ethernet Interface Based on ERTEC200P ASICYAN Fei ，LI Teng ，HAN Song ，NIU Songsen ，CAI Baohai（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China ）Abstract:A PROFINET IO industrial Ethernet interface development design based on the ERTEC200P enhanced real-time Ethernet controller was introduced.The ERTEC200P chip was adopted as the main control unit ，the development of PROFINET IO interface based on eCos operating system and PNIO protocol stack were realized ，inverter control unit was connected through SPI bus ，equipment was integrated into industrial Ethernet seamlessly ，and experimental verification was carried out.The experimental results fully reflect the rationality of the design and achieved good practical results.Key words:PROFINET interface ；ERTEC200P chip ；industrial Ethernet作者简介：闫菲（1990—），女，硕士，中级工程师，Email ：*******************摘要：介绍了一种基于ERTEC200P 增强型实时以太网控制器的PROFINET IO 接口开发设计方案。
工业网络技术与应用 第四章 工业交换机的配置与管理
4.2 交换机的访问控制
4.2.1 基于MAC地址的端口访问控制列表配置 步骤4：SCALANCE XM408交换机端口设置，web访问SCALANCE XM408交换机，选择
“Security”下的“MAC ACL”，进入配置界面 步骤5：SCALANCE XM408交换机端口设置，单击“Create”按钮，配置访问规则，
单击“Set Values”确认 步骤5：配置端口流控规则，配置端口1、端口3、端口5的规则
4.2 交换机的访问控制 4.2.2 基于IP地址的端口访问控制列表配置 网络端口控制-IP地址端口控制 实验验证：配置后可正常通信，端口3和端口5的网线调换后，不可正常通信。
4.3 搭建虚拟局域网
VALN 是把一个物理网络划分成为多个逻辑工作组的逻辑网段。这种技术可以把 一个 LAN 划分成多个逻辑的 LAN—VLAN,每个 VLAN 是一个广播域,VLAN 内的设备间 通信就和在一个 LAN 内一样,广播报文被限制在一个VLAN内。而属于不同VLAN 的设 备之间不能直接相互访问,它们之间的通信依赖于路由。VLAN 的主要作用如下:
工业交换机的管理与维护一般可以通过 RS-232串行口(或并行口)、web和网络 管理软件三种方式进行。
串行口管理 Web管理 网络软件管理
4.1 工业交换机概述
4.1.1 工业以太网设备 工业以太网设备包括传输介质和交换设备。 以太网电缆是从一个网络设备连接到另外一个网络设备传递信息的介质,是以太
工业网络技术及应用
第4章 工业交换机的配置与管理
工业交换机也称作工业以 太网交换机,是应用于工业控 制领域的以太网交换机设备。 工业交换机具有电信级性能特 征,可耐受严苛的工作环境,产 品系列丰富,端口配置灵活, 可满足各种工业领域的使用需 求。
profinet——完整的网络解决方案
profinet——完整的网络解决方案篇一：工业以太网通信标准PROFInet及其应用工业以太网通信标准PROFInet及其应用发布日期：2011-09-27浏览次数：2110分享到：【摘要】：随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。
在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成成为可能。
PROFInet是Process Field Net的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。
1 引言随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。
在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成成为可能。
PROFInet是Process Field Net 的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。
PROFInet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案,包括一整套完整高性能并可升级的解决方案,可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFInet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性,从而可以保护用户的投资与利益。
PROFInet可以使工程与组态、试运行、操作和维护更为便捷,并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。
工程实践证明,在组建企业工控网络时采用PROFInet通讯技术可以节省近15%的硬件投资。
2 PROFInet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:（1）高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）;（2）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）;（3）独立于制造商的工程设计方案（应用开发）。
工业自动化系统中的网络通信技术
EtherNet/IP协议
基于以太网技术的工业通信协议，支持实时数据传 输和设备管理。
数据传输方式
有线传输
通过电缆、光纤等物理介质传输数据，具有传输 稳定、速度快等优点。
无线传输
通过无线电波、微波等传输数据，具有灵活、无 需布线等优点。网络拓扑结构Fra bibliotek交通行业
实现交通信号控制、车辆调度和智能交通管 理等功能。
农业
实现农业机械的自动化控制、农田监测和智 能化管理等功能。
工业自动化系统的发展趋势
智能化
利用人工智能和机器学习技术 ，实现工业自动化系统的智能
化决策和控制。
集成化
实现不同厂商和不同类型自动 化系统的集成，提高系统的互 操作性和可扩展性。
云化
发展趋势
随着工业4.0和智能制造的推进，现 场总线技术将进一步向高速、高可靠 性和无线化方向发展。
工业以太网技术
工业以太网定义
特点
工业以太网是基于以太网技术的通信协议 ，用于工业自动化环境中的设备互联。
具有高速、高带宽和低延迟的通信能力， 能够满足工业自动化系统对于实时性的要 求。
应用
发展趋势
广泛应用于工厂自动化、过程控制、监控 和数据采集等领域。
5G技术将推动工业自动化系统的创新 发展，支持更多先进技术的应用，如 远程控制、实时监控、预测性维护等 。
5G技术将促进工业物联网的发展，实 现设备间的无缝连接和协同工作，提 升工业生产的智能化和自动化水平。
边缘计算在工业自动化系统中的作用与价值
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边缘计算能够将数据处理和分析的需求从中心服 务器转移至设备边缘，降低网络通信延迟，提高 数据处理效率。
深瑞 PRS-7961A 工业以太网交换机 技术使用说明书
安全使用须知
本产品在设计使用范围内具有良好可靠的性能，但需要避免人为对设备造成的损害或破 坏。使用设备前，请仔细阅读如下安全使用须知，以保障用户人身和设备的安全。阅读后请妥 善保管本说明书，以备将来参考。对于违反安全使用须知造成的人身伤害或设备损坏，我司不 承担任何责任。 不要将设备放置或安装在接近水源或潮湿的地方，保持设备周边的相对湿度在 5%～95%
7.1 调试口访问...................................................................................................20 7.2 Web 访问 ......................................................................................................22
免责声明：长园深瑞继保自动化有限公司竭力使本说明书中的信息尽可能准确、最新。然 而本公司不能保证本说明书完全没有任何技术错误或笔误，并保留在未通知用户的情况下对其 修改的权利。
保留所有权限：本说明书著作权属长园深瑞继保自动化有限公司所有。未经著作权人书面 许可，任何单位或个人不得以任何方式摘录、翻版、复制、翻译或者用于商业目的分发等行为。
4 安装...........................................................................................................9
4.1 尺寸图.............................................................................................................9 4.2 安装方式与步骤.............................................................................................9
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工业以太网技术方案
简介
本文旨在介绍工业以太网技术方案。
工业以太网是一种应用于工业控制环境下的数据传输技术。
它能够提供高速、实时、可靠的数据传输，适用于诸如工厂自动化、机器人技术等领域。
技术优势
工业以太网技术在应用场景方面有很多优势：
- 高速传输：传输速率高达10Gbps，能够满足大数据量、高速传输的需求。
- 实时性强：传输时延小于1ms，保证实时性。
- 可靠性高：采用冗余传输、差错检测等技术，保证数据传输的可靠性。
- 灵活性：采用分布式结构，能够轻松扩展、升级。
应用场景
工业以太网技术可以应用于以下领域：
- 工厂自动化：工业以太网能够连接厂级控制系统（MES）、生产线控制系统（PCS）等设备，实现自动化生产。
- 机器人技术：工业以太网能够连接机器人、视觉设备等，实现高速、精准的机器人控制。
- 智能物流：工业以太网能够连接各种设备，实现物流信息的实时传输和监管。
结论
工业以太网技术是当前工业自动化领域中一种重要的数据传输技术，能够提供高速、实时、可靠的数据传输服务，有着广泛的应用前景。