1、以太網技術的應用探討一、引言工業以太網是應用干工業控制領域的以太網技術，在技術上與商用以太網(即IEEE802.3標準兼容-產品設計時，在材展的選用、產品的強度，適用性以及實時性,可互操作性、司臉%抗中排球.褊安全礴猴輸贏足工鹿的韶&Ethernet過去被認為是一種“非確定性0的網絡，作為信息技術的基礎,.是為IT領域應用而可萋珈,棟R蜂幽幽積HR型質閾即這是由手(1Eihemet的介用問削(MAC層協議采用帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)方式，當網絡負荷較重時,璃的確定性不能滿足工業控制的實時性要求:(2)Ethernet所用的接插件、集我恭、在工廠環交換機和電纜等是為辦公空應

2、用而設計的，不符合工業現場惡劣環境要求;境中,Ethernet抗干擾EM修性能較差.若用于危險場合以太網不具備本質安全性能:：4)Ethernet不能通過倡號線向現場設備供電向題.隨著互聯網技術的發展與普及推廣，Ethernet傳輸速率的提高和Ethernet交換技術的發展,上述問題在工業以太網中正在迅速得到解決,二.Elhernet應用于工業現場的關鍵技術(1)通信確定性與實時性工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足拽制作用對實時性的要隸,即信號傳輸要足夠快球星信號版施正菱時控制往往要求對某綱隔而數據腦般哂W新ikFEthernet,用CSWVCD方式，網常數荷燃時九網絡傳輸

3、的不確定性不悔滿卻他擺制的實時舞求，雌國以求網撥和齦贏超擲懶鮑輸睡帽醺的實時樓要求,一直被視為“非確定性”的網絡，工業以太網采取了以下措施使得像問題基本得到解決*L采用快速以太網加大網絡帶寬Ethernet的通信速率從10、100Mb/s增大到如今的310Gb/s.，在數據吞吐量相同的情況下J通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，即網絡碰撞機率大大下降，從而提高其實時性。采用全雙工交換式以太網襄用交換技術替代原有的總線型CSWVCD技術，避免了由于寶布帖席共事蝌睜便地要裝發生的碰撞工蹴了信道帶宦的浪韁，同時還可以實現全雙工通信艮提高信遺的利用率.降低網絡負載工業控制網絡與商業

4、控制網絡不同,每個結點傳送的實時數據量很少.r19v9u亨ahpvaN一般為幾個位或幾個字節，而且突發性的大量數據傳輸也很少發生，因此可以通過限制網段站點數目“降低網絡流量皆進一步提高網絡傳輸的實時性.4；應用報文優先級技術，在智能交換機或集線器中,通過設計報文的優先級來提高傳輸(二)穩定性與可靠性翩帚hern上并祕為磁成用前網施裝有蓍慮:啰回廂微的運應挨舸電于Rfe或埔的機喊氣稼至澳等案件如常會時因堿線翻缶I畫靠性提母高堿求/在工廠環境中，工業網絡必須具備較好的可靠性、可恢復性及可維護性3為了解決在不間斷的工業應用領域，在極端條件下網絡也能穩定工作的問題，美國Synergetic微系統公司和

5、德國HirsdhnnaJetterAG等鷲司雯開發和生產了導軌式敏;器、交換機產品，安裝在標準DIN導軌匕并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9結構“此外，在實際應用中，主干網可采用光纖傳輸,現場設備的連接則可采用屏蔽雙線線，對于重要的網段還可采用冗余網絡技術，以此提高網絡的抗干擾能力和可旎性,(三)安全性在工業生產過程中，很多現場不可避免地存在易燃車易爆或有毒氣體等,對應用于這些工業現場的智能裝置以及通信設備，都必須采取1定的防爆技術措施來保證工業現場的安全生產.在目前技術條件下一對以太網系統采用隔爆,防爆的措施比較可行，即通過對Ethernel現場設備采取增安、.氣密,驍封等隔爆措施,

6、梗現場設備本身的故障產生的點火能量不外泄,源而商溫容而蛭I缸旃融前端施城要將5韭危窗施曲則而成不落凝雜而底爆措施以工業系統的網絡安全是工韭以太網應用必須考慮的另T安全性問題工業以太網可以將企業傳統的三層網絡系統,即信息管理層，過程監控層、現場設備層一合成一體，使數據的傳輸速率更快、實時性更高，并可與Internet無縫集成，實現數據的共享,提高工廠的運作效率小但同時也引入了一系列的網絡安全向題,工業網絡可能會受到包括病毒感染，黑客的非法入侵局非法操作等網絡安全威脅.一般情況下，可以采用網關或防火墻等對工業網絡與外部網絡進行隔離，還可以通過權限控制、數據加密等多種安全機制加強網絡的安全管理.（四

7、X總線供電問題總線供電區或標總線饋電r是指連接到現場設備的線纜不僅傳輸數據信號一還能給現場設備提供工作電源對于現場設備樵電可以采取以下方法上JI9.I.網制到個直流或儂8臊蝴二 在鰥溪翻謠I號兩路信號分蠢開來.Q J O , 。 / , a . 上d J M 、 _V .； L ；： ；a .。用二2， 廠 J： 上”,.：2.不改變目前物理層的結構，而通過.連接電統中的寶閑線纜為了 . If/a /一1.在目前以太網標準的基礎上適當地修改物理野的技術規范，將以太網的曼徹斯特信號三、工業以太網協議當以太網用于信息技術時應用層包括HTTP、FTP,SNMP等常用協議，但當它用手XB控制時已體現在

8、應用層的是實時通信、用于系統組態的對象以及工程模型的應用協議,目前還沒有統一的應用層協議,但受到廣泛支持笄已經開發出相應產品的有以下凡種主要協.一一-ModbusTCP/IP督制膜由西翩峪司腳打以一種割H簡單的會將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網和TCP/IP結合，成為ModbusTCP/IP.這是一種面向連接的方式,每一個峰碼都要求fi這種呼叫博答的機制與Mo&MJt的剃同噱而宜倒臺療使交提或以太網具有很高的確定性；利用TCP/IP協議,通過網頁的形式可以使用戶界面更加友好于L卜：；r心撲網1二設了一行L利耐德山，”為Mod-bus：鵬了502端口一這樣就可以將實時數據

9、嵌入到網頁中,通過在設備中嵌入Web服務器，就可以將Web瀏覽器作為設備的操作終端a（二）ProfiNet針對工業應用需求/德國西門子于2001年發布了該協議,它是將原有的Profibus與互itif”ifH,聯網技術結合；形成了ProfiNel的網絡方案，生要包括,1）基于姐件對象模型（COM）的分布式自動化系統：【2規定了ProfiNet現場息線和標準以太網之間的開放、透明通信;（3）提供了一個獨立于制遇商包括設備層和系統層的系統模型看畫州或果用標港TCP/IP十以太南作湖域果用株淄的印PIM勘口上應用層的RPC/DCOM來完凝節:點間的遹信椰!緒鑰也它可以同咽的懶Profibus承統和新

10、型的智能現場設備V現有的Profibus網段可以通過一個代理設備Eproxy）連接到ProfiNet網絡當中，使整Profibus設備和協議能夠原封不動地在Pel中使用己傳統的Profibus設備可通,過代理proxy與ProFiNET上面的COM對象進行通信,笄通過OLE自動化接口實現COM對象間的調用.（=）HSE基金會現場總線FF于200。年發布Ethernet規范.稱HSE(HighSpeedEthernet)后.0HSE是以太網怖議IEEE802-3,TCP/IP酬議族與FFIII的結合體.FF現場總線基金會明確將HSE定位于實現控制網絡與Intemet的集成,網橋功能能HSE技術的

11、一個核心部分就是鏈接設備，它是HSE體系結構將HI（31.25kb/s）設備連夠用于連接親個H1總線網段.使同H1 g段上的m設備之間能辨進行對等通信而無需主接100Mb/s的HSE主干網的關鍵組成部分母同時也具有網橋和網關的功能機系統的干涉*網關功能允許將HSE網絡連接到其他的工廠控制網絡和信息網絡,HSE鏈夠初褊要為H：子癱歸酸楙k而是球首恿麗段戰文蓑獺腕搟直將HI地址轉化為IP地址.(四)Ethernet/IPEthernetIP是適合工業環境應用的協議體系也它是由ODVA（OpenDevicenetVendorsAsso-cation)4flControlNetInternationa

12、l兩大H業組織推出的最新成員與DeviceNet和ControlNet一樣，它們都是基于CIP(ControlandInformationProto-Col)協議的網絡它是一種是面向對象的協議，能夠保證網絡上隱式C控制的實時I/O信息和顯式信息。包括用于組態、參數設置、診斷等）:的有效傳輸.Ethernet/IP采用和DeviceNet以及ControlNet相同的應用層協議CIP.因此，它們使用枸同國畔粼帕逢的檸蛛與具有臂好的一爨出Ethernet/jp來揭蛹雌Ethernet和TCP/IP技術傳送CIP通信包，這樣通用且開放的應用層協議CIP加上已經被廣泛使用的Ethernet和TCP/I

13、P協議，就構成Ethernet/IP協議的體系結典品U!u工業以太網的優勢（一）應用廣泛以太網是應用最廣弦的計算機網絡技術,幾乎所有的編程語言如VisualC+.Java畝VisualBasic等都支持以太網的應用開發詔（二）通信速率高目鼬1鼠100Mb/s的快速以太網日璉F應用,Gb/s以太網技術也透漸做口而傳統的現場總線最高速率只有12Mb/sG如西口子Profibus-DP）一顯然，以太網的速率要比傳統現場總線要快的多，完全可以滿足工業控制網絡不斷鏘長的帶寬要求更（三）成本低廉以太網網卡的價格較之現場總線網卡要便宜得多（約為1/10）另外,以太網已經應用*.丁OrQ0.*3.W?v.奏樂

14、人的對以太廊的謝k胡駱方面有很費經驗L幅相當成熟的技術“大量的軟棒源和設計經驗可以顯著降低系統的開發和培訓費用，降低系統的整體成本，并大大加快系統的開發和推廣速度.（四）費源共享能力強隨著Internet/Intranet的發展，以太網已滲透到各個角落，網絡上的用戶已解除了資源#（一）混合EtherneVFieldbus的網絡結構這種靖構實際上就是信息網絡和控制網絡的一種典型的集成形式以太網正在逐步向現擷崢的寂他善鮑泌胸襁貓施藤健向剛高但良太時和TCP/IP原本不是菌向搐制領域的，在體系結構、極設規則、物理介雙，數據%軟件、實驗環境等諸委方而笄不成熟.而現場總線能完全滿足現代企業對底層控制網絡

15、的基本要求,實現真正的全分布式系一.4：.，r0J.?r廠。，F產aVL.：.bP：/,1*:*1.。r。統此，在企業信息層采用以太同步而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的俏盤交換a（二）專用工業以太控制網絡如何利用工業以太網單獨作為控制網絡是工業以太網的發展方向之一.也是工業控制領域的研究熱點之一“如德國JetterAG公司的新一代控制系統JetWeb,是融現場總統技術、100Mb/s以太網技術、CNC技術、PLC技術I可視化人機接口技術和全球化生產管理技術為一體的工業自動化控制系統，同時具有廣泛的兼容性,可兼容第三方自動化控制產品,提出“網絡就是控制器15的觀點,是取代所有底層現場總線的工業網絡結構這種工業控制網絡是將以太網貫穿于整個網絡各層次，使它成為透明的覆蓋整個企業范p