工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
發(fā)布時間:2014/8/7 20:25:51 訪問次數(shù):932
為了促進以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,QDSP2192國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會( IEA)、工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟( IAONA)等組織,目標是在世界范圍內(nèi)推進工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、教育和標準化管理,促進以太網(wǎng)進入工業(yè)自動化的現(xiàn)場級,推動以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。為了滿足工業(yè)控制現(xiàn)場的特殊性,工業(yè)以太網(wǎng)需要解決的問題包括通信實時性、總線供電、網(wǎng)絡(luò)生存性、網(wǎng)絡(luò)安全性、互操作性等關(guān)鍵技術(shù)。
1.通信實時性
長期以來,以太網(wǎng)通信響應(yīng)的不確定性是它在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中應(yīng)用的致命弱點和主要障礙之一。以太網(wǎng)由于采用沖突檢測載波監(jiān)聽多點訪問( CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Ac-cess with Collision Detection)機制解決通信介質(zhì)層的競爭,導(dǎo)致了非確定性的產(chǎn)生。因為在一系列碰撞后,報文可能會丟失,節(jié)點與節(jié)點之間的通信將無法得到保障,從而使控制系統(tǒng)需要的通信確定性和實時性難以保證。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和大面積推廣應(yīng)用,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上采用相應(yīng)的技術(shù)可以使以太網(wǎng)通信確定性和實時性得到增強。比如在網(wǎng)絡(luò)拓撲上采用星型連接代替總線型結(jié)構(gòu),使用網(wǎng)橋或路由器等設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)分割成多個網(wǎng)段;使用以太網(wǎng)交換技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)沖突域進一步細化;還可以采用全雙工通信技術(shù),可以使設(shè)備端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)上可以同時接收和發(fā)送報文幀,從而也不再受到CSMA/CD的約束,這樣任意節(jié)點發(fā)送報文幀時不會再發(fā)生碰撞,突域也就不復(fù)存在。此外,通過降低網(wǎng)絡(luò)負載和提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率,可以使傳統(tǒng)共享式以太網(wǎng)上的碰撞大大降低。
2.總線俠電
所謂總線供電或總線饋電,是指連接到現(xiàn)場設(shè)備的線纜不僅傳送數(shù)據(jù)信號,還能給現(xiàn)場設(shè)備提供工作電源。采用總線供電可以減少網(wǎng)絡(luò)線纜,降低安裝復(fù)雜性與費用,提高網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的易維護性。特別是在環(huán)境惡劣與危險場合,總線供電具有十分重要的意義。由于以太網(wǎng)以前主要用于商業(yè)計算機通信,一般的設(shè)備或工作站(如計算機)本身已具備電源供電,沒有總線供電的要求,因此傳輸媒體只用于傳輸信息。
為了促進以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,QDSP2192國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會( IEA)、工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟( IAONA)等組織,目標是在世界范圍內(nèi)推進工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、教育和標準化管理,促進以太網(wǎng)進入工業(yè)自動化的現(xiàn)場級,推動以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。為了滿足工業(yè)控制現(xiàn)場的特殊性,工業(yè)以太網(wǎng)需要解決的問題包括通信實時性、總線供電、網(wǎng)絡(luò)生存性、網(wǎng)絡(luò)安全性、互操作性等關(guān)鍵技術(shù)。
1.通信實時性
長期以來,以太網(wǎng)通信響應(yīng)的不確定性是它在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中應(yīng)用的致命弱點和主要障礙之一。以太網(wǎng)由于采用沖突檢測載波監(jiān)聽多點訪問( CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Ac-cess with Collision Detection)機制解決通信介質(zhì)層的競爭,導(dǎo)致了非確定性的產(chǎn)生。因為在一系列碰撞后,報文可能會丟失,節(jié)點與節(jié)點之間的通信將無法得到保障,從而使控制系統(tǒng)需要的通信確定性和實時性難以保證。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和大面積推廣應(yīng)用,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上采用相應(yīng)的技術(shù)可以使以太網(wǎng)通信確定性和實時性得到增強。比如在網(wǎng)絡(luò)拓撲上采用星型連接代替總線型結(jié)構(gòu),使用網(wǎng)橋或路由器等設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)分割成多個網(wǎng)段;使用以太網(wǎng)交換技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)沖突域進一步細化;還可以采用全雙工通信技術(shù),可以使設(shè)備端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)上可以同時接收和發(fā)送報文幀,從而也不再受到CSMA/CD的約束,這樣任意節(jié)點發(fā)送報文幀時不會再發(fā)生碰撞,突域也就不復(fù)存在。此外,通過降低網(wǎng)絡(luò)負載和提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率,可以使傳統(tǒng)共享式以太網(wǎng)上的碰撞大大降低。
2.總線俠電
所謂總線供電或總線饋電,是指連接到現(xiàn)場設(shè)備的線纜不僅傳送數(shù)據(jù)信號,還能給現(xiàn)場設(shè)備提供工作電源。采用總線供電可以減少網(wǎng)絡(luò)線纜,降低安裝復(fù)雜性與費用,提高網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的易維護性。特別是在環(huán)境惡劣與危險場合,總線供電具有十分重要的意義。由于以太網(wǎng)以前主要用于商業(yè)計算機通信,一般的設(shè)備或工作站(如計算機)本身已具備電源供電,沒有總線供電的要求,因此傳輸媒體只用于傳輸信息。
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