工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet) 提供的廣泛應用不但已經進入今天的辦公室領域，而且還可以應用于生產和過程自動化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運行之后，具有交換功能，全雙工和自適應的100M波特率快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的標準)也已成功運行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。工業(yè)以太網(wǎng)絡的構成　　一個典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡環(huán)境，有以下三類網(wǎng)絡器件：　　　　網(wǎng)絡部件　　連接部件：　　　　FC 快速連接插座　　　　ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機)　　　　ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機)　　　　SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機) 　　　　MC TP11(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉換模塊)　　通信介質：　　　　普通雙絞線，工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖　　　　SIMATIC PLC控制器上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器。用于將SIMATIC PLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)?！　　　G/PC 上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器。用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)重要性能　　為了應用于嚴酷的工業(yè)環(huán)境，確保工業(yè)應用的安全可靠，SIMATIC NET 為以太網(wǎng)技術補充了不少重要的性能：　　　　工業(yè)以太網(wǎng)技術上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協(xié)議　　　　10/100M 自適應傳輸速率　　　　冗余24VDC 供電　　　　簡單的機柜導軌安裝　　　　方便的構成星型、線型和環(huán)型拓撲結構　　　　高速冗余的安全網(wǎng)絡，最大網(wǎng)絡重構時間為0.3 秒　　　　用于嚴酷環(huán)境的網(wǎng)絡元件，通過EMC 測試 　　　　通過帶有RJ45 技術、工業(yè)級的Sub-D 連接技術和安裝專用屏蔽電纜的Fast Connect連接技術，確保現(xiàn)場電纜安裝工作的快速進行　　　　簡單高效的信號裝置不斷地監(jiān)視網(wǎng)絡元件　　　　符合SNMP(簡單的網(wǎng)絡管理協(xié)議)　　　　可使用基于web 的網(wǎng)絡管理　　　　使用VB/VC 或組態(tài)軟件即可監(jiān)控管理網(wǎng)絡工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)設備基本知識　　今天的控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)，以太網(wǎng)的應用幾乎已經和PLC一樣普及。但現(xiàn)場工程師們對以太網(wǎng)的了解，大多來自他們對傳統(tǒng)商業(yè)以太網(wǎng)的認識。很多控制系統(tǒng)工程的實施甚至是直接讓IT部門的技術人員來實施。但是，IT工程師們對于以太網(wǎng)的了解，往往局限于辦公自動化商業(yè)以太網(wǎng)的實施經驗，可能導致工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中實施的簡單化和商業(yè)化，不能真正理解工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場的意義，也無法真正利用工業(yè)以太網(wǎng)內在的特殊功能，常常造成工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場實施的不徹底，給整個控制系統(tǒng)留下不穩(wěn)定因素?！　∧敲催x擇正確的工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素？簡單的來說，要從以太網(wǎng)通訊協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認證考慮、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口或光口的考慮。這些都是最基本需要了解的產品選擇因素。如果對工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理有更高要求，則需要考慮所選擇產品的高級功能如：信號強弱、端口設置、出錯報警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務質量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)、端口鏡像等等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理交換機中可以提供的功能。不同的控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡的管理功能要求不同，自然對管理型交換機的使用也有不同要求?？刂乒こ處焸儜摳鶕?jù)其系統(tǒng)的設計要求，挑選適合自己系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)產品?！　∮捎诠I(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余(RSTP)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的優(yōu)勢和特點，控制工程師們可以根據(jù)自己的要求進行選擇。為了更好地幫助大家了解和學習工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術的特點，讓我們首先回顧以下以太網(wǎng)設備的發(fā)展過程。工業(yè)以太網(wǎng)的組成　　在工業(yè)以太網(wǎng)的應用廣泛普及的今天，今天的控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)常常采用工業(yè)以太網(wǎng)技術完成工業(yè)控制任務，但是，IT工程師們對于工業(yè)以太網(wǎng)的了解往往局限于辦公自動化商業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)，這就可能導致工業(yè)以太網(wǎng)在控制系統(tǒng)系統(tǒng)中實施的簡單化和商業(yè)化，不能真正理解工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場的意義，也無法真正利用工業(yè)以太網(wǎng)內在的特殊功能，常常造成工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場實施的不徹底，給整個控制系統(tǒng)留下不穩(wěn)定因素?！　∵x擇正確的工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素？簡單的來說，要從工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認證考慮、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口或光口的考慮。這些都是最基本需要了解的產品選擇因素。如果對工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理有更高要求，則需要考慮所選擇產品的高級功能如：信號強弱、端口設置、出錯報警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務質量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)、端口鏡像等等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理交換機中可以提供的功能。不同的控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡的管理功能要求不同，自然對管理型交換機的使用也有不同要求?？刂乒こ處焸儜摳鶕?jù)其系統(tǒng)的設計要求，挑選適合自己系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)產品。 　　由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余(RSTP)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRingTM)到主干冗(TrunkingTM)，都有各自不同的優(yōu)勢和特點，控制工程師們可以根據(jù)自己的要求進行選擇。 　　工業(yè)以太網(wǎng)設備包括以下幾個重要部分?！　」I(yè)以太網(wǎng)集線器 　　相信絕大多數(shù)人都熟悉集線器。很多人使用這種簡易設備去連接各種基于以太網(wǎng)的設備，如個人計算機，可編程控制器等。集線器接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其它所有的端口。對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其它的各個端口。在消息傳遞方面，集線器是低速低效的，可能會出現(xiàn)消息沖突。然而，集線器的使用非常簡單－實際上可以即插即用。集線器沒有任何華而不實的功能，也沒有冗余功能?！　」I(yè)以太網(wǎng)非管理型交換機　　集線器的發(fā)展產生了一種叫非管理型交換機的設備。它能實現(xiàn)消息從一個端口到另一個端口的路由功能，相對集線器更加智能化。非管理型交換機能自動探測每臺網(wǎng)絡設備的網(wǎng)絡速度。另外，它具有一種稱為“MAC地址表”的功能，能識別和記憶網(wǎng)絡中的設備。換言之，如果端口2收到一條帶有特定識別碼的消息，此后交換機就會將所有具有那種特定識別碼的消息發(fā)送到端口2。這種智能避免了消息沖突，提高了傳輸性能，相對集線器是一次巨大的改進。然而，非管理型交換機不能實現(xiàn)任何形式的通信檢測和冗余配置功能。　　工業(yè)以太網(wǎng)管理型交換機　　工業(yè)以太網(wǎng)連接設備發(fā)展的下一代產品是管理型交換機。相對集線器和非管理型交換機，管理型交換機擁有更多更復雜的功能，價格也高出許多－通常是一臺非管理型交換機的3～4倍。管理型交換機提供了更多的功能，通?？梢酝ㄟ^基于網(wǎng)絡的接口實現(xiàn)完全配置。它可以自動與網(wǎng)絡設備交互，用戶也可以手動配置每個端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設備可能無法使用自動交互功能，因此手動配置功能是必不可缺的。 　　絕大多數(shù)管理型交換機通常也提供一些高級功能，如用于遠程監(jiān)視和配置的SNMP(簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)，用于診斷的端口映射，用于網(wǎng)絡設備成組的VLAN(虛擬局域網(wǎng))，用于確保優(yōu)先級消息通過的優(yōu)先級排列功能等。利用管理型交換機，可以組建冗余網(wǎng)絡。使用環(huán)形拓撲結構，管理型交換機可以組成環(huán)形網(wǎng)絡。每臺管理型交換機能自動判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑，當優(yōu)先路徑中斷時自動阻斷(block)備用路徑?！　」I(yè)以太網(wǎng)管理型冗余交換機　　高級的管理型冗余交換機提供了一些特殊的功能，特別是針對有穩(wěn)定性、安全性方面嚴格要求的冗余系統(tǒng)進行了設計上的優(yōu)化。構建冗余網(wǎng)絡的主要方式主要有以下幾種，STP、RSTP；環(huán)網(wǎng)冗余RapidRingTM以及Trunking?！　?工業(yè)以太網(wǎng) STP及RSTP　　STP(Spanning Tree Protocol，生成樹算法，IEEE 802.1D)，是一個鏈路層協(xié)議，提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡循環(huán)發(fā)生。它強令備用數(shù)據(jù)路徑為阻塞(blocked)狀態(tài)。如果一條路徑有故障，該拓撲結構能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構。網(wǎng)絡中斷恢復時間為30-60s之間。RSTP(快速生成樹算法，IEEE 802.1w)作為STP的升級，將網(wǎng)絡中斷恢復時間，縮短到1-2s。生成樹算法網(wǎng)絡結構靈活，但也存在恢復速度慢的缺點?！　? 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余　　為了能滿足工控網(wǎng)絡實時性強的特點，RapidRing孕育而生。這是在工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術。這個技術可以使網(wǎng)絡在中斷后300ms之內自行恢復。并可以通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機的出錯繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設置等方法來提醒用戶出現(xiàn)的斷網(wǎng)現(xiàn)象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現(xiàn)斷開?！　apidRingTM也支持兩個連接在一起的環(huán)網(wǎng)，使網(wǎng)絡拓樸更為靈活多樣。兩個環(huán)通過雙通道連接，這些連接可以是冗余的，避免單個線纜出錯帶來的問題?！　? 工業(yè)以太網(wǎng)主干冗余　　將不同交換機的多個端口設置為Trunking主干端口，并建立連接，則這些工業(yè)以太網(wǎng)交換機之間可以形成一個高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡帶寬，增強了網(wǎng)絡吞吐量，而且還還提供了另外一個功能，即冗余功能。如果網(wǎng)絡中的骨干鏈接產生斷線等問題，那么網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)會通過剩下的鏈接進行傳遞，保證網(wǎng)絡的通訊正常。Trunking主干網(wǎng)絡采用總線型和星型網(wǎng)絡結構，理論通訊距離可以無限延長。該技術由于采用了硬件偵測及數(shù)據(jù)平衡的方法，所以使網(wǎng)絡中斷恢復時間達到了新的高度，一般恢復時間在10ms以下。