第七章工业以太网 PPT.pptVIP

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第7章工业以太网;第7章工业以太网;什么是工业以太网;PROFINET和PROFIBUS;5;因特网的发展历程

1969年,最早的因特网——ARPANET;

20世纪80年代,因特网——NSFNET;

20世纪90年代以后,商业因特网。

;;以太网的物理层

命名原则

信号速率(Mbit/s)带宽(基带或宽带)-长度(米)或电缆类型;;;;;;以太网的物理层

基带传输是指在一条线上只有一个信道,所有的数据传输只能使用这个信道,基带采用MANCHESTER编码。

10BASE5是最早也是最经典的以太网标准

1990年发布的10BASE-T是以太网发展史上的一个里程碑,它在双绞线上实现了10Mbit/s的数据传输。

1992年发布的10BASE-F系列以太网使用的传输介质是光纤。

1995年通过了快速以太网标准IEEE802.3u。

1998年开始陆续发布了吉位(千兆位)以太网1000BASE系列,从2002年开始陆续发布了万兆以太网10GBASE系列。

大多数的工业以太网技术都是基于快速以太网技术而开发的。控制网络的应用领域一般都是百兆以太网。;以太网的数据链路层

以太网的数据链路层分为媒体访问控制(MAC)子层和逻辑链路控制(LLC)子层。

MAC

LLC

介质访问方式是CSMA/CD;工业以太网技术应解决的问题;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。;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。;解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施

全双工以太网(full-duplexEthernet)

数据优先权(dataprioritization)

数据优先权涉及到为数据帧分配优先级——IEEE802.1q

服务质量(QualityofService,QoS)

为具体的传输建立确定的参数(确定性问题),保证传输延时(即等待时间)是可预测和有保障的。;用以太网作为现场总线网络的高速网段

在工业数据通信与控制网络中,直接采用以太网作为控制网络的通信技术只是工业以太网发展的一个方面,现有的许多现场总线控制网络提出了与以太网结合,用以太网作为现场总线网络的高速网段,使控制网络与Internet融为一体的解决方案。

例如Hl的高速网段HSE,EtherNet/IP,PROFlNet等,都是工业以太网技术的典型代表。;“E”网到底,远程监控

在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与互联网的融合,实现Ethernet的“E”网到底,使控制网络无需经过网关转换即可直接连至互联网,使测控节点有条件成为互联网上的一员。

在应用层协议尚末统一的环境下,借助IE等通用的网络测览器实现对生产现场的监视与控制,进而实现远程监控,也是人们提出且正在实现的一个有效的解决方案。;工业以太网非确定性问题的解决措施;1.提高通信速率

在相同通信量的条件下,提高通信速率可以减少通信信号占用传输介质的时间,从一个角度为减少信号的碰撞冲突,解决以太网通信的非确定性提供了途径。

以太网:10Mbit/s,100Mbit/s到千兆

控制网络:几十千位/s、几百千位/s、lMbit/s、5Mbit/s

通信速率的提高是明显的,对减少碰撞冲突也是有效的。;2.控制网络负荷

减轻网络负荷也可以减少信号的碰撞冲突,提高网络通信的确定性。

控制网络的通信量不大,随机性、突发性通信的机会也不多,其网络通信大都可以事先预计,并对其做出相应的通信调度安排。

在网络设计时

正确选择网络的拓扑结构

控制各网段的负荷量

合理分布各现场设备的节点位置;3.采用以太网络的全双工交换技术

采用以太网交换机,将网络切分为多个网段,就为连接在其端口上的每个网络节点提供了独立的带宽,相当于每个设备独点一个网段,使同一个交换机上的不同设备之间不存在资源争夺。

在网段分配合理的情况下,由于网段上的多数数据不需要经过主干网传输,因此交换机能够过滤掉这些数据,使数据只在本地网络传输,而不占用其他网段的带宽。

交换机之间通过主干线进行连接,从而有效地降低了各网段和主干网络的负荷,使网络中产生冲突的可能性大大降低,提高了网络通信的确定性。

;4.提供适应工业环境的元件

现已开发出一系列密封性好、坚固、抗震动的以太网

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