工业以太网应用的几个方面 点击：2263 | 回复：9
发表于：2006-12-21 16:55:00
楼主
1．工业以太网&商用以太网
以太网经受了时间的考验，如今已成为世界上广泛采用的网络技术，并以迅猛的速度向各个领域扩展。但以太网要进入工业控制领域还需解决一些问题，以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求; 此外，现有的高层协议也无法满足工业控制的要求。
对于上面谈到的问题，一方面，各大PLC厂商先后推出了各自的高层协议，如Rockwell推出的EtherNet/IP，西门子推出的Profinet，施耐德推出的Modbus TCP，它们有的是在现有的标准以太网协议基础上增加了适用于工业应用的高层协议，有的是基于现有标准以太网作了一定的修改。另一方面，以太网交换机的出现，特别是工业以太网交换机的出现，解决了CSMA/CD规范中的碰撞（冲突）检测问题，和交换机相连的所有端口上的设备可以没有冲突的全双工通讯。
上述两个方面问题的解决使得以太网进入工业控制领域成为可能。
2． 工业以太网的应用现状
工业以太网在控制系统中的应用主要有两个方面：
(1)连接HMI和PLC控制系统，目前在国内超过95%的应用都是这种类型的。
由于以太网结构简单、成本低廉，有很好的灵活性和兼容性而且有较大的网络带宽，各主要PLC厂家都推出了支持以太网接口的PLC和相关的通讯模块。所以目前HMI和PLC系统的连接越来越多的采用以太网方式。N-TRON交换机支持目前市场上流行的各种工业以太网。
(2)取代现有的工业现场总线，连接变频器和远程IO。目前在国内这种应用例子还比较少，可供选择的适用于工业现场控制的以太网线缆、连接头还不够多，施工布线规范、接地、抗干扰措施等方面的问题还需进一步摸索。
3. 工业以太网环网冗余技术
以太网本身并不支持环状拓扑结构，工业上对于以太网环状拓扑的应用主要是系统冗余，提高可靠性的需求。环状拓扑结构的系统在任何一段线路发生故障时都能够在一段很短的时间内自动恢复。目前环拓扑结构通常有两种主流的技术：
（1）STP、RSTP技术。生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能，一旦某段链路故障，其冗余链路可以自动打开，从而达到网络冗余的功能。一个网络系统的重构时间当采用STP最新版本只能达到30S左右，但采用RSTP的最新版本能够达到1S左右。N-TRON9000系列产品支持最新版本的RSTP，所以采用N-TRON9000交换机基本上能够满足大多数的HMI监控系统的要求。
（2）专有Ring技术。由于早期的生成树协议所能达到的网络重构时间不能满足工业监控的要求，各工业以太网交换机厂商先后推出了专有的Ring技术，在一个环路里有个交换机充当Ring manager功能，当环路中任一段链路出现故障时，环路的通讯会在一段时间内恢复。目前市场上典型的自愈时间在300~500ms,
N-TRON交换机可以达到100ms以内。
4．工业以太网交换机的监控
目前，在大多数工业监控系统中，工艺流程中的温度、压力、流量等都被作为监控对象放在HMI软件里实时监控，其中相当一部分是通过工业以太网交换机连接过来的。我们在关注工艺流程参数的同时往往忽视了对网络自身运行状态的监控。其中一个很重要的原因是，多数工业以太网交换机厂商来自IT领域，IT领域对网络、交换机的监控管理采用的是SNMP（简单网络管理协议）。但工控领域的工程师通常熟悉的是DDE、OPC之类的协议接口，所以对于交换机和工业以太网自身健康状况的监控一直被搁置了。
但越来越多的用户意识到对网络、交换机健康运行状态监控的重要性，于是各工业以太网交换机厂商提供了SNMP到OPC Server的转换软件包，而目前市场上流行的HMI软件都支持OPC，这样就能把对网络状况的监控有机的结合到目前的HMI监控系统中。
N-TRON公司同样能提供这类软件包，但通常这类软件包都非常的昂贵，而且SNMP中定义的很多数据并没有必要放在工业监控系统中。所以N-TRON公司额外提供了一个的很强大N-View功能，即提供了一个免费的OPC Server软件，它可以每6秒从网络中的每个交换机的每个端口采集40多个网络参数，从最简单的300系列产品到9000系列产品全部支持N-View功能。这样，市场上流行的HMI软件可以非常容易的对N-TRON交换机系统进行监控。
以太网经受了时间的考验，如今已成为世界上广泛采用的网络技术，并以迅猛的速度向各个领域扩展。但以太网要进入工业控制领域还需解决一些问题，以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求; 此外，现有的高层协议也无法满足工业控制的要求。
对于上面谈到的问题，一方面，各大PLC厂商先后推出了各自的高层协议，如Rockwell推出的EtherNet/IP，西门子推出的Profinet，施耐德推出的Modbus TCP，它们有的是在现有的标准以太网协议基础上增加了适用于工业应用的高层协议，有的是基于现有标准以太网作了一定的修改。另一方面，以太网交换机的出现，特别是工业以太网交换机的出现，解决了CSMA/CD规范中的碰撞（冲突）检测问题，和交换机相连的所有端口上的设备可以没有冲突的全双工通讯。
上述两个方面问题的解决使得以太网进入工业控制领域成为可能。
2． 工业以太网的应用现状
工业以太网在控制系统中的应用主要有两个方面：
(1)连接HMI和PLC控制系统，目前在国内超过95%的应用都是这种类型的。
由于以太网结构简单、成本低廉，有很好的灵活性和兼容性而且有较大的网络带宽，各主要PLC厂家都推出了支持以太网接口的PLC和相关的通讯模块。所以目前HMI和PLC系统的连接越来越多的采用以太网方式。N-TRON交换机支持目前市场上流行的各种工业以太网。
(2)取代现有的工业现场总线，连接变频器和远程IO。目前在国内这种应用例子还比较少，可供选择的适用于工业现场控制的以太网线缆、连接头还不够多，施工布线规范、接地、抗干扰措施等方面的问题还需进一步摸索。
3. 工业以太网环网冗余技术
以太网本身并不支持环状拓扑结构，工业上对于以太网环状拓扑的应用主要是系统冗余，提高可靠性的需求。环状拓扑结构的系统在任何一段线路发生故障时都能够在一段很短的时间内自动恢复。目前环拓扑结构通常有两种主流的技术：
（1）STP、RSTP技术。生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能，一旦某段链路故障，其冗余链路可以自动打开，从而达到网络冗余的功能。一个网络系统的重构时间当采用STP最新版本只能达到30S左右，但采用RSTP的最新版本能够达到1S左右。N-TRON9000系列产品支持最新版本的RSTP，所以采用N-TRON9000交换机基本上能够满足大多数的HMI监控系统的要求。
（2）专有Ring技术。由于早期的生成树协议所能达到的网络重构时间不能满足工业监控的要求，各工业以太网交换机厂商先后推出了专有的Ring技术，在一个环路里有个交换机充当Ring manager功能，当环路中任一段链路出现故障时，环路的通讯会在一段时间内恢复。目前市场上典型的自愈时间在300~500ms,
N-TRON交换机可以达到100ms以内。
4．工业以太网交换机的监控
目前，在大多数工业监控系统中，工艺流程中的温度、压力、流量等都被作为监控对象放在HMI软件里实时监控，其中相当一部分是通过工业以太网交换机连接过来的。我们在关注工艺流程参数的同时往往忽视了对网络自身运行状态的监控。其中一个很重要的原因是，多数工业以太网交换机厂商来自IT领域，IT领域对网络、交换机的监控管理采用的是SNMP（简单网络管理协议）。但工控领域的工程师通常熟悉的是DDE、OPC之类的协议接口，所以对于交换机和工业以太网自身健康状况的监控一直被搁置了。
但越来越多的用户意识到对网络、交换机健康运行状态监控的重要性，于是各工业以太网交换机厂商提供了SNMP到OPC Server的转换软件包，而目前市场上流行的HMI软件都支持OPC，这样就能把对网络状况的监控有机的结合到目前的HMI监控系统中。
N-TRON公司同样能提供这类软件包，但通常这类软件包都非常的昂贵，而且SNMP中定义的很多数据并没有必要放在工业监控系统中。所以N-TRON公司额外提供了一个的很强大N-View功能，即提供了一个免费的OPC Server软件，它可以每6秒从网络中的每个交换机的每个端口采集40多个网络参数，从最简单的300系列产品到9000系列产品全部支持N-View功能。这样，市场上流行的HMI软件可以非常容易的对N-TRON交换机系统进行监控。
发表于：2006-12-28 12:31:00
4楼
简单概括一下N-TRON交换机的几个主要特点：
1.最高的可靠性(MTBF200万小时）和最快的环网自愈时间30ms
2.最简单的使用（多数情况下不需要做设置），尤其在IO控制领域，其他任何一个厂家的产品都必须作大量配置工作。
3.最容易监控（除了大家都支持的SNMP外，还提供了低成本但功能强大的N-View OPC Server功能）,从最简单的300系列产品到9000系列产品都支持N－View。
4.最灵活的解决方案。（有多种组环策略，甚至兼容其他厂家的交换机）我们并不要求环里都一定要采用管理型交换机，把选择权交给用户。
1.最高的可靠性(MTBF200万小时）和最快的环网自愈时间30ms
2.最简单的使用（多数情况下不需要做设置），尤其在IO控制领域，其他任何一个厂家的产品都必须作大量配置工作。
3.最容易监控（除了大家都支持的SNMP外，还提供了低成本但功能强大的N-View OPC Server功能）,从最简单的300系列产品到9000系列产品都支持N－View。
4.最灵活的解决方案。（有多种组环策略，甚至兼容其他厂家的交换机）我们并不要求环里都一定要采用管理型交换机，把选择权交给用户。
发表于：2006-12-28 12:47:00
5楼
工业以太网网络冗余主要几个方面：
1.单环的冗余：其实只是各段链路的冗余，并不针对交换机，如果某个交换机出现故障，此交换机所连的设备就无法被监控，所以单环系统中应选择高可靠性的交换机。单环里RSTP和N-Ring两种技术都适用。
2.双环的冗余：每个节点都有两台交换机，单环中交换机无法冗余的问题可以解决。这里有两种作法，一种是两个环可以在某环有问题时切换到另外一个环工作；另外一种是两个环同时工作，两环直接通过若干链路连接起来，千兆环通常会考虑用Trunking方式连。
3.双星型冗余：采用两个星型网络做冗余，这种方式不需要上面提到的两种技术，中心交换机的能力需要充分考虑，整个系统的投资额和布线难度也会大大增加。
4.网状冗余：前面两种冗余都可以在各自的环中采用N-Ring技术和RSTP技术。但在网状方式下只能采用RSTP技术做冗余，恢复时间要看网络的规模和复杂程度。
1.单环的冗余：其实只是各段链路的冗余，并不针对交换机，如果某个交换机出现故障，此交换机所连的设备就无法被监控，所以单环系统中应选择高可靠性的交换机。单环里RSTP和N-Ring两种技术都适用。
2.双环的冗余：每个节点都有两台交换机，单环中交换机无法冗余的问题可以解决。这里有两种作法，一种是两个环可以在某环有问题时切换到另外一个环工作；另外一种是两个环同时工作，两环直接通过若干链路连接起来，千兆环通常会考虑用Trunking方式连。
3.双星型冗余：采用两个星型网络做冗余，这种方式不需要上面提到的两种技术，中心交换机的能力需要充分考虑，整个系统的投资额和布线难度也会大大增加。
4.网状冗余：前面两种冗余都可以在各自的环中采用N-Ring技术和RSTP技术。但在网状方式下只能采用RSTP技术做冗余，恢复时间要看网络的规模和复杂程度。
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