工业以太网.ppt
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- 工业 以太网
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1、工业以太网技术 现场总线与工业以太网技术2工业以太网技术 n一、工业以太网概述 n二、工业以太网的技术优势 n三、工业以太网互连模型 n四、工业以太网技术应解决的问题n五、工业以太网非确定性问题的解决措施 n六、工业以太网技术的发展趋势 3一、工业以太网概述以太网技术的思想渊源最早可以追溯以太网技术的思想渊源最早可以追溯到到1968年。以太网的核心思想是使用共年。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,以太网是指遵循遵循IEEE 802.3标准,可以在光缆和双标准,可以在光缆和双绞线上
2、传输的网络。以太网也是当前主绞线上传输的网络。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(LANLocal Area Network,局域网)类型。目前的,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:以太网按照传输速率大致分为以下四种:41 1)10Base-T 10Base-T 以太网以太网传输介质是双绞线,传传输介质是双绞线,传输速率为输速率为10Mbit/s10Mbit/s;2 2)快速以太网)快速以太网传输速率为传输速率为100Mbit/s100Mbit/s,采用光,采用光缆或双绞线作为传输介质,兼容缆或双绞线作为传输介质,兼容10Base-T 10Base-T
3、 以太网;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,传输速率为速率为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,基于当前的以太网标准,兼容基于当前的以太网标准,兼容 10Mbit/s以太网和以太网和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;4)10 Gigabit 以太网以太网2002年年6月发布,是一月发布,是一种速度更快的以太网技术。支持智能以太网服务,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(WANWide Area Network)和城域网(和城域网(MA
4、NMetropolitan Area Network)的宽带解决方案。)的宽带解决方案。5n随着社会的进步和技术发展,用于商业系统的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,越来越多地应用于工业领概念、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域。近年来工业自动化领域也越来越多受到信息技术(息技术(IT)的影响,信息技术的原理和标准)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。工业以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太网在工业自动化领域中快速发展并且日益重要,就是这种趋势的结果和体现
5、。要,就是这种趋势的结果和体现。工业以太网发展背景及应用情况工业以太网发展背景及应用情况6n何谓工业以太网(何谓工业以太网(Industrial Ethernet)?)?应用于工业自动化领域的以太网技术。在以太网技术和TCP/IP技术的基础上发展起来的一种工业网络。n工业以太网工业以太网 一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE 802.3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。以太网进入工业自动化领域的直接原因是,现场总线多种标准并存,异种网络通信困难。在这样的技术背景下,以太网逐步应用于工业
6、控制领域,并且快速发展。工业以太网的发展得益于以太网多方面的技术进步。7n首先是首先是通信速率的提高通信速率的提高,速率提高意味着网络负荷减,速率提高意味着网络负荷减轻和传输延时减少,网络碰撞几率下降;其次由于轻和传输延时减少,网络碰撞几率下降;其次由于采采用星形网络拓扑结构和交换技术用星形网络拓扑结构和交换技术,使以太网交换机的,使以太网交换机的各端口之间数据帧的输入和输出不再受各端口之间数据帧的输入和输出不再受CSMA/CDCSMA/CD机制的机制的制约,避免了冲突;再加上制约,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使端口间两对双绞线两对双绞线(或两根光纤或两根光纤)上分别
7、同时接收和发送数据,上分别同时接收和发送数据,而不发生冲突。这样,全双工交换式以太网能避免因而不发生冲突。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、智能化的实时控制方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,用户对统一的通信协议向发展,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。8n以太网进入工业
8、自动化领域已经成为不争的事以太网进入工业自动化领域已经成为不争的事实。实。ControlNet和和DeviceNet联合推出的联合推出的Ethernet/IP;Foundation Fieldbus推出的推出的HSE;Schneider开发的开发的Modbus TCP/IP;Simens开发的开发的PROFInet。n 都已经成为有代表性的工业以太网技术,借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,这些工业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。9工业以太网技术工业以太网技术n在IS0/OSI7
9、层协议中,以太网本身只定义了物理层和数据链路层。n高层控制协议,以太网使用了TCP/IP协议。nIP(internet protocol):确定信息传递路线nTCP(transmission controI protocol):保证传输的可靠性。10IPIP技术技术nIP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 prot
10、ocol)等。n以太网已成为事实上的工业标准:办公自动化企业的管理网络11工业以太网的国际组织工业以太网的国际组织n工业以太网协会(industrial ethernet association,lEA)n工业自动化开放网络联盟(industrial automation network alliance,IAONA)n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n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。12工业以太网的发展工业以太网的发展n以太网技术最早由Xerox开发,后经数字设备公司(digitalequipment此rp)、lntel公
11、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。n以太网规范只包括通信模型中的物理层与数据链路层。13n工业以太网技术:工业以太网技术:n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。n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。14n过去以太网在工业自动化领域应用有限过去以太网在工业自动化领域应用有限(1)以太网采用CS
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