工业以太网总述

为用户带来的利益----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：通过简单的连接方式快速装配。

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。

通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。

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。

公司之间的通讯通过接入WAN（广域网）可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。

----SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术，SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。

工业以太网络的构成----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。

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。

工业以太网重要性能----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工业以太网的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：（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，目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，其速率比目前的现场总线快很多。

（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地持续向前发展。

[1]工业以太网联网设备基本知识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。

议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、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。

组成在工业以太网的应用广泛普及的今天，今天的控制系统和工厂自动化系统常常采用工业以太网技术完成工业控制任务，但是，IT工程师们对于工业以太网的了解往往局限于办公自动化商业工业以太网，这就可能导致工业以太网在控制系统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。

议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、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（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。

工业以太网设备包括以下几个重要部分。

工业以太网集线器相信绝大多数人都熟悉集线器。

很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。

集线器接收到来自某一端口的消息，再将消息广播到其它所有的端口。

对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其它的各个端口。

在消息传递方面，集线器是低速低效的，可能会出现消息冲突。

然而，集线器的使用非常简单－实际上可以即插即用。

集线器没有任何华而不实的功能，也没有冗余功能。

骨干产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的进行传递，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。

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）通信速率高目前，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。

（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。

工业以太网通信标准PROFInet及其应用1 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：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）。

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软件主要包括一个RPC （Remote Procedure Call）层，一个D（Distributed ponent Object Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。

PROFInet对象可以是ACCO（Active ConnectionControl Object）设备、RT auto（Runtime Automation）设备、物理设备或逻辑设备。

软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通信服务。

PROFInet通过系统接口连接到操作系统（如WinCE），通过应用接口连接到控制器（如PLC）。