【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理論上，以太網(wǎng)不能如此連接，因?yàn)閺V播數(shù)據(jù)包會(huì)沿環(huán)反復(fù)傳播引起傳輸負(fù)荷驟增導(dǎo)致阻塞。解決的方法是在以太網(wǎng)交換機(jī)上配置生成樹協(xié)議（）或快速生成樹協(xié)議（）。安裝了該協(xié)議后，環(huán)上的一個(gè)網(wǎng)段會(huì)自動(dòng)從邏輯上阻塞變成一個(gè)備用的網(wǎng)段。如果某一個(gè)運(yùn)行的網(wǎng)段出現(xiàn)故障，則阻塞的備用網(wǎng)段將會(huì)運(yùn)行起來(lái)，使網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖1：?jiǎn)苇h(huán)冗余提供設(shè)備冗余的以太網(wǎng)雙環(huán)拓?fù)?單環(huán)拓?fù)渲荒芴峁﹤鬏斆襟w的冗余。雙環(huán)拓?fù)淇梢越⒁粋€(gè)具有冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完全的冗余系統(tǒng)。例如，一個(gè)具有以太網(wǎng)冗余接口的工業(yè)控制設(shè)備可以分別連接到兩個(gè)以太網(wǎng)環(huán)上（圖2），實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)接口、交換機(jī)和介質(zhì)的完全冗余。圖2：雙環(huán)冗余美國(guó)卓越通訊的工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)交換機(jī) 美國(guó)卓越通訊TSC Carat50系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)是專為工業(yè)類客戶設(shè)計(jì)的支持冗余環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信設(shè)備，充分考慮到工業(yè)控制對(duì)通訊系統(tǒng)可靠性的要求，采用TSC獨(dú)有的環(huán)網(wǎng)協(xié)議，其鏈路故障恢復(fù)時(shí)間達(dá)到了300ms 以內(nèi)，完全采用封閉金屬褶皺散熱結(jié)構(gòu)，適用于高溫、灰塵、強(qiáng)電磁等惡劣環(huán)境。特殊型號(hào)機(jī)型更能勝任水下運(yùn)行。該機(jī)型環(huán)網(wǎng)設(shè)置已經(jīng)高度智能化，無(wú)須現(xiàn)場(chǎng)PC設(shè)置，智能確認(rèn)開關(guān)的使用既使得網(wǎng)絡(luò)工程師的現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單，又確保通訊系統(tǒng)安全可靠。工廠、電站、軍方等不同客戶可根據(jù)各自需要選擇該系列產(chǎn)品。高性能：Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可提供全線速無(wú)阻塞100M轉(zhuǎn)發(fā)，構(gòu)筑“SupremeRing”環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。具有6個(gè)10/100M雙絞線端口(RJ45)用于連接終端設(shè)備或網(wǎng)段，2個(gè)主干端口(光纖)用于構(gòu)成主干“SupremeRing”連接，可為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備提供可冗余的連接，任何一段主干通訊通道的故障都將在300ms內(nèi)被察覺(jué)出來(lái)，并將啟動(dòng)冗余鏈路傳送數(shù)據(jù)。讓您的自動(dòng)化系統(tǒng)保持正常工作。Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，最大學(xué)習(xí)8000個(gè)地址，其每個(gè)端口均可連接多個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)段。，減少了與其他支持以太網(wǎng)設(shè)備與 Carat相連接時(shí)候出現(xiàn)的兼容性問(wèn)題。高可靠：工業(yè)化設(shè)計(jì)的可冗余雙DC電源(18V36V)輸入，有效保障與減少故障還原時(shí)間。電源故障時(shí)，提供繼電器報(bào)警輸出，便于技術(shù)人員對(duì)故障作出快速反應(yīng)。Carat50工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)高強(qiáng)度金屬褶皺結(jié)構(gòu)外殼，能夠屏蔽電磁干擾，并且抗振動(dòng)耐沖擊，同時(shí)又是散熱器，避免了因使用風(fēng)扇引起的灰塵，減少了因風(fēng)扇停轉(zhuǎn)而引起的故障點(diǎn)。IP30級(jí)別防護(hù)等級(jí)，10℃～+70℃寬工作溫度，確保產(chǎn)品在嚴(yán)苛的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作良好。 高易用：Carat50系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可以導(dǎo)軌式、壁掛式、任意平面安裝。通過(guò)前面板按鍵簡(jiǎn)單設(shè)置即可構(gòu)建堅(jiān)固可靠的“SupremeRing”環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。圖3：TSC Carat 5008FC2工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新進(jìn)展（二）實(shí)時(shí)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是通信實(shí)時(shí)性 以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初是用于商業(yè)領(lǐng)域，要將它應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，還有一些需要解決的技術(shù)問(wèn)題： (1)需要解決它在工業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性問(wèn)題； (2)以太網(wǎng)不提供電源，因此需要額外的供電電纜； (3)以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)； (4)以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)方式采用CSMA/CD協(xié)議，不能滿足工業(yè)過(guò)程控制在實(shí)時(shí)性上的要求，甚至在通信繁忙時(shí)，還存在信息丟失的危險(xiǎn)，確定性不高。 對(duì)于以太網(wǎng)不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題，工業(yè)以太網(wǎng)可以通過(guò)多種途徑，如改善傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜、采用網(wǎng)關(guān)，還有采用PCBASED方案和ONCHIP設(shè)備等方法來(lái)解決工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)問(wèn)題。 以太網(wǎng)作為商用網(wǎng)絡(luò)的使用中，被認(rèn)為是實(shí)時(shí)性不高、非確定性的網(wǎng)絡(luò)，這主要是由于它所采用的介質(zhì)訪問(wèn)方式所決定的。CSMA/CD協(xié)議，即“帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)”。在工作過(guò)程中，如果有站點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)，首先偵聽(tīng)電纜。如果鏈路正被其它的站點(diǎn)使用，該站點(diǎn)等待鏈路空閑再傳輸；如果鏈路空閑，則立即傳輸。如果有2個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)在空閑的鏈路上開始傳輸數(shù)據(jù)，就發(fā)生沖突，于是所有的沖突站點(diǎn)停止傳送數(shù)據(jù)，運(yùn)行二進(jìn)制后退算法，等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，再重復(fù)上述過(guò)程。正是由于CSMA/CD的工作原理，造成數(shù)據(jù)傳輸有可能經(jīng)歷不可預(yù)見(jiàn)的延時(shí)，甚至長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法發(fā)送的情況。而且，以太網(wǎng)的整個(gè)傳輸體系沒(méi)有有效的措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)故障而加以隔離，從而有可能使故障節(jié)點(diǎn)占用總線而導(dǎo)致其它節(jié)點(diǎn)傳輸失敗。 工業(yè)控制系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)的傳輸不僅速度快，而且要求響應(yīng)快，即通信的實(shí)時(shí)性要好?？刂葡到y(tǒng)對(duì)時(shí)間特性的要求比一般的信息傳輸要更嚴(yán)格，因?yàn)檫@往往涉及到安全等問(wèn)題，必須在任何時(shí)間都要及時(shí)響應(yīng)，不允許有任何的不確定性。因此，工業(yè)以太網(wǎng)需要解決商用以太網(wǎng)存在的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的問(wèn)題，以使工業(yè)以太網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)通信，滿足工業(yè)控制的要求。工業(yè)以太網(wǎng)通信實(shí)時(shí)性的解決方案 以太網(wǎng)技術(shù)在最近取得了很大的進(jìn)步，其中交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用大大地改善了以太網(wǎng)技術(shù)中由于CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)方式產(chǎn)生的不確定性問(wèn)題，它與快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，使以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性得到了很大的改善。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間可以小于4ms，可滿足大多數(shù)工業(yè)過(guò)程控制的要求。 工業(yè)以太網(wǎng)從通信技術(shù)的角度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的機(jī)制有： 1采用交換式集線器。傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用共享式集線器，由于共享式集線器的結(jié)構(gòu)和功能僅僅是一種物理層中繼器，因此連接到共享式集線器上的所有站點(diǎn)共享一個(gè)帶寬，遵循CSMA/CD協(xié)議進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而交換式集線器可以認(rèn)為是一個(gè)受控的多端口開關(guān)矩陣，各個(gè)端口之間的信息流是隔離的，只有在同一個(gè)端口上的信息流才會(huì)發(fā)生沖突，即每個(gè)端口是一個(gè)沖突域。這樣，不同端口可以形成多個(gè)數(shù)據(jù)通道，端口之間的數(shù)據(jù)輸入和輸出不再受CSMA/CD的約束，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)站點(diǎn)的帶寬，從而提高了交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能。 2使用全雙工（fullduplex）通信模式。即使是交換式以太網(wǎng)，由于一個(gè)端口是一個(gè)沖突域，在半雙工情況下仍不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如果采用全雙工模式，同一條數(shù)據(jù)鏈路中兩個(gè)站點(diǎn)可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)接收數(shù)據(jù)，解決了這種情況下半雙工存在的需要等待的問(wèn)題，理論上可以使傳輸速率提高一倍。 3采用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)。虛擬局域網(wǎng)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的許多固有觀念，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更靈活、方便。實(shí)際上，VLAN就是一個(gè)廣播域，不受地理位置的限制，可以根據(jù)部門職能、對(duì)象組和應(yīng)用等因素將不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)用戶劃分為一個(gè)邏輯網(wǎng)段。局域網(wǎng)交換機(jī)的每一個(gè)端口只能標(biāo)記一個(gè)VLAN，同一個(gè)VLAN 中的所有站點(diǎn)擁有一個(gè)廣播域，不同VLAN之間廣播信息是相互隔離的，這樣就避免了廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。工業(yè)過(guò)程控制中控制層單元在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和安全性方面都要與普通單元區(qū)分開來(lái)，使用虛擬局域網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的開放平臺(tái)上做邏輯分割，將不同的功能層、不同的部門區(qū)分開，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性和簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理的目的。通常虛擬局域網(wǎng)的劃分方式有3種：靜態(tài)端口分配、動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)和多虛擬網(wǎng)端口配置。靜態(tài)端口分配指的是網(wǎng)絡(luò)管理人員利用網(wǎng)管軟件或直接設(shè)備交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)虛擬網(wǎng)，這些端口將保持這樣的從屬性，除非網(wǎng)管人員重新設(shè)置；動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)指的是支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬；多虛擬網(wǎng)端口配置支持一個(gè)用戶或一個(gè)端口同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)虛擬網(wǎng)，這樣可以將一臺(tái)控制層計(jì)算機(jī)配置成多個(gè)部門可以同時(shí)訪問(wèn)、也可以同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源。 4引入質(zhì)量服務(wù)（QoS）。IP 是指IP的服務(wù)質(zhì)量（quality of service），亦即IP數(shù)據(jù)流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的性能，它的目的是向用戶提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。它有一套度量指標(biāo)，包括業(yè)務(wù)可用性、延遲、可變延遲、吞吐量和丟包率等。QoS網(wǎng)絡(luò)可以區(qū)分實(shí)時(shí). 非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在工業(yè)以太網(wǎng)中采用QoS技術(shù)，可以識(shí)別來(lái)自控制層的擁有較高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)，并對(duì)它們優(yōu)先處理，為工業(yè)控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信提供一種保障機(jī)制。另外，QoS網(wǎng)絡(luò)還可以制止對(duì)網(wǎng)絡(luò)的非法使用，譬如非法訪問(wèn)控制層現(xiàn)場(chǎng)控制單元和監(jiān)控單元的終端等。 世界上有一些國(guó)際組織正在從事推動(dòng)以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域的工作，如IEEE著手制訂現(xiàn)場(chǎng)總線和Ethernet通信的新標(biāo)準(zhǔn)。ODVA發(fā)布了一個(gè)為在工廠基層使用以太網(wǎng)服務(wù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。AGE，Kuka及Phoenix Contact等公司在2000年3月成立了IDA（Interface for Distributed Automation）組織，致力于開發(fā)一種基于Ethernet TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)化的開放的通信接口。2000年8月Schneider Electric加入該組織后，IDA大大增強(qiáng)了它的影響力。 2001年11月，IDA組織公布了它的第一份技術(shù)規(guī)范，與上面介紹的從通信技術(shù)方面做的改進(jìn)不同，IDA為以太網(wǎng)建立一個(gè)新的實(shí)時(shí)通信用戶層，采用一種新的通信協(xié)議———RTPS（realtime publish/subscribe）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，RTPS的實(shí)現(xiàn)則由一個(gè)中間件來(lái)完成。以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)前言: 以太網(wǎng)及TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)獲得了很大的成功, 成為IT行業(yè)