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工业以太网技术的现状与发展

文章来源:不详 作者:佚名 访问次数:


该文章讲述了工业以太网技术的现状与发展的电路原理和应用

所谓工业以太网专题">工业以太网,一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,但在产品设计时,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、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。


 

    1  工业以太网专题">工业以太网技术发展现状

    所谓工业以太网专题">工业以太网,一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,但在产品设计时,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、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。

    随着互联网技术的发展与普及推广,Ethernet技术也得到了迅速的发展,Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展,给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望,并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前工业以太网专题">工业以太网技术的发展体现在以下几个方面:

    1.1  通信确定性与实时性

    工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求,即信号传输要足够的快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式,网络负荷较大时,网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求,因此传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求,一直被视为非确定性的网络。

    然而,快速以太网与交换式以太网技术的发展,给解决以太网的非确定性问题带来了新的契机,使这一应用成为可能。首先,Ethernet的通信速率从10M、100M增大到如今的1 000M、10G,在数据吞吐量相同的情况下,通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小,即网络碰撞机率大大下降。其次,采用星型网络拓扑结构,交换机将网络划分为若干个网段。Ethernet交换机由于具有数据存储、转发的功能,使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲,不再发生碰撞;同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤,使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行,而不需经过主干网,也不占用其它网段的带宽,从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。再次,全双工通信又使得端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧,也不会发生冲突。因此,采用交换式集线器和全双工通信,可使网络上的冲突域不复存在(全双工通信),或碰撞机率大大降低(半双工),因此使Ethernet通信确定性和实时性大大提高。

    1.2  稳定性与可靠性

    Ethernet进入工业控制领域的另一个主要问题是,它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的,而未针对较恶劣的工业现场环境来设计(如冗余直流电源输入、高温、低温、防尘等),故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。

    随着网络技术的发展,上述问题正在迅速得到解决。为了解决在不间断的工业应用领域,在极端条件下网络也能稳定工作的问题,美国Synergetic微系统公司和德国Hirschmann、Jetter AG等公司专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品,安装在标准DIN导轨上,并有冗余电源供电,接插件采用牢固的DB-9结构。台湾四零四科技(Moxa Technologies)在2002年6月推出工业以太网专题">工业以太网产品—MOXA EtherDevice Server(工业以太网设备服务器),特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备(如 PLC、HMI、DCS系统等

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