【正文】 BNC終端匹配器 ， 安裝在細纜的兩端； 圖 511 典型的 BNC電纜連接結(jié)構(gòu) 69 以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式 ? （ 2） 細纜以太網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù) ? 不使用中繼器時 ， 最大的細纜長度為 185m。 ? 連入結(jié)點數(shù)最多為 30個 。 ? 與粗纜連接方式比較，細纜系統(tǒng)造價低、安裝容易。 ? 細纜以太網(wǎng)多用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或?qū)嶒炇噎h(huán)境中。 ? 粗 /細纜混合結(jié)構(gòu)的電纜段最大長度為 500m。 ? ② 集線器 Hub： 集線器將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到每一個端口 。 ? 結(jié)點通過非屏蔽雙絞線傳送到集線器的數(shù)據(jù)信號將轉(zhuǎn)發(fā)給所有結(jié)點 。 ? 每條雙絞線的兩端必須裝有 RJ45插頭 ， 用于網(wǎng)卡與集線器 ， 以及集線器與集線器的連接 。 ? ① 單一集線器結(jié)構(gòu)： ? 所有結(jié)點通過雙絞線與集線器連接，構(gòu)成物理星形拓撲。 ? 單一集線器結(jié)構(gòu)適宜于小型工作組規(guī)模的局域網(wǎng)，一般支持8～ 24個 RJ45端口和一個 BNC、AUI或光纖連接端口。 圖 512 單一集線器結(jié)構(gòu) 73 以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式 ? ② 多集線器級聯(lián)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)： ? 對于規(guī)模較大，或結(jié)點數(shù)超過單一集線器的端口數(shù)時，通常采用多集線器級聯(lián)結(jié)構(gòu)。 74 以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式 ? ③ 可堆疊集線器以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)： ? 適用于中、小型企業(yè)連網(wǎng)環(huán)境。 ? 基礎(chǔ)集線器是一種具有網(wǎng)絡(luò)管理功能的獨立集線器。 75 高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介 ? 百兆比特快速以太網(wǎng) ? 基于 10BaseT和 10BaseF技術(shù)發(fā)展起來的傳輸率達到100Mbps的局域網(wǎng)。 ? 拓撲結(jié)構(gòu)和媒體布局與 10 BaseT和 10 BaseFL一樣。 ? 既有共享型集線器組成的共享型快速以太網(wǎng)系統(tǒng)，又有快速以太網(wǎng)交換器構(gòu)成的交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)。 ? 1995年，作為 IEEE ，制定 IEEE 兆比特快速以太網(wǎng)標準。 MAC子層 100BaseTX 100BaseFX 100BaseT 100BaseTZ 2對 5類 UTP 光纖 4對 3類 UTP 2對 3類 UTP 圖 514 四種百兆比特以太網(wǎng)物理層 77 高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介 ? 100BaseTX繼承了 10BaseT 5類非屏蔽雙絞線的環(huán)境，在布線不變的情況下，從 10BaseT設(shè)備更換成 100BaseTX的設(shè)備即可形成一個 100Mbps的以太網(wǎng)系統(tǒng)； ? 100BaseFX繼承了 10BaseFL的多模光纖的布線環(huán)境，可直接升級成 100Mbps的光纖以太網(wǎng)系統(tǒng)； ? 100BaseTX和 100BaseFX的應用最為普及，在 20世紀 90年代以來建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)中一般都選用了 5類雙絞線或光纖，這便為 100BaseTX和100BaseFX的建設(shè)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 ? 2． 傳輸媒體 ? 主要使用 雙絞線 與 光纜 兩種媒體。 ? 屏蔽和非屏蔽雙絞線的最長媒體段為 100m。 79 高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介 ? 3． 集線器 ? 集線器是百兆比特快速以太網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)的核心 。 80 高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介 ? 100Mbps快速以太網(wǎng)集線器 ， 一般配置了 8～ 24個端口 ， 廂體型集線器可達到近百個端口 。 ? 交換型集線器能使整個系統(tǒng)的帶寬拓展 ， 一臺具有 12個端口的 100Mbps快速以太網(wǎng)交換型集線器其帶寬可達 1Gbps。 ? 堆疊型集線器過去主要用于共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)，它把端口數(shù)有限的單個共享型集線器堆疊成一個端口數(shù)成倍增加的堆疊式集線器。 ? 與雙絞線相比，光纖具有諸多的優(yōu)勢，以光纖作為媒體用在交換型集線器上，對于系統(tǒng)擴展帶寬帶來極好的前景。 隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的增長 ， 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸媒體上的數(shù)據(jù)流量隨之增長 ， 因此要求系統(tǒng)不斷增加帶寬 。 當用戶升級和遷移時 ， 原來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能舍棄 ， 原來操作人員經(jīng)過培訓后的技能也希望在新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中能夠平滑繼承 。 83 高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介 ? 吉比特以太網(wǎng)優(yōu)勢在于 ： ? （ 1） 使系統(tǒng)主干或者客戶站點訪問服務器的速度大大提高； ? （ 2） 這是一種平滑過渡的技術(shù) ， 用戶在培訓和維護方面的投資能夠得到有效的保護； ? （ 3） 系統(tǒng)升級的投資降到最低限度 ， 具有很高的性價比； ? （ 4）用戶不需要再花精力去學習新的協(xié)議和技術(shù)，用戶并沒有感到系統(tǒng)升級帶來的困難和風險。 ? 這種設(shè)計中 ， 價低的交換機用來處理標準的 10Mbps工作站連接 ， 價高 、 容量大的交換機用在通信匯集的高層 。 ? 高層交換機一般設(shè)計成無阻塞的，從而確保在高層不會丟失數(shù)據(jù)分組。流量控制可以使來自高速端口的信息在低速端口裝置上不發(fā)生丟包。 ? 一種以太網(wǎng)組建企業(yè)網(wǎng)的解決方案為： ? 桌面系統(tǒng)采用速率為 10Mbps的以太網(wǎng) ， 部門級系統(tǒng)采用速率為 100Mbps的快速以 太網(wǎng) ， 企業(yè)系統(tǒng)采用速率為1000Mbps的吉比特以太網(wǎng) 。 ? 如果 全部采用以太網(wǎng)則不存在這個問題 。 ? 以太網(wǎng)改變自動化市場有 三個原因 ： ? 1．低成本的刺激和速度的提高。 ? 千兆位以太網(wǎng)使速度提高到最初速度的 100倍。 ? 企業(yè)的信息層大多數(shù)采用了以太網(wǎng)的解決方案，當控制層和設(shè)備層都采用以太網(wǎng)時，可實現(xiàn)各層之間信息的無縫連接，而且整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是透明的。 ? 工業(yè)以太網(wǎng)因為采用由 輸協(xié)議，它是一個開放的標準，從而為 PLC和DCS廠家廣泛接受?？焖僖蕴W(wǎng)是在雙絞線連接的傳統(tǒng)以太網(wǎng)標準 (10BaseT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 。 ? 以太網(wǎng)還允許逐步采用新技術(shù)。 88 工業(yè)以太網(wǎng) ? 工業(yè)以太網(wǎng)的特點 ? 工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備要求工作溫度范圍較寬、封裝牢固 (抗振和防沖擊 )、導軌安裝、電源冗余、 24V DC供電等。 89 功能 工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備 普通商用以太網(wǎng)設(shè)備 元器件和設(shè)計 工業(yè)級 商用級 工作電壓 24VDC 220VAC 電源冗余 雙電源 一般沒有 安裝方式 DIN道軌安裝 桌面，機架 工作溫度 0～ 60℃ 5～ 40℃ 冷卻方式 無風扇 有風扇 電磁兼容性標準 EN500812(EMC、 工業(yè) ) EN500822(EMC、 工業(yè) ) EN500811(EMC、 辦公室 ) EN500821(EMC、 辦公室 ) 冗余網(wǎng)切換時間 ≤500ms 30～ 90s MTBF值 至少 10年 3～５年 要求備品備件供貨時間 10年 3～５年 表 32 工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與普通商用以太網(wǎng)設(shè)備之間的區(qū)別 90 工業(yè)以太網(wǎng) ? 工業(yè)自動化要求工業(yè)以太網(wǎng)解決方案必須滿足魯棒性和可靠性方面的專門需要 。 采用抗干擾的光纖和集成的冗余機制增強了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可靠性 ， 從而保證了生產(chǎn)過程的正常進行 。 ? 現(xiàn)在，在總線的兩端之間增加一條鏈路即可實現(xiàn)高效率、高性價比的冗余。 ? 由于企業(yè)的三層網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和對實時性的要求不同 ， 在不同層次之間還需設(shè)置路由器或網(wǎng)橋 ， 如圖 515所示 。 ? 傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議多采用 TCP/IP。 ? Modbus協(xié)議為眾多的供應商所支持 。 92 圖 515 基于工業(yè)以太網(wǎng)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型 93 工業(yè)以太網(wǎng) ? 控制器的位置可以位于現(xiàn)場，也可以位于中央控制室。 ? 可 實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時遠程監(jiān)控， 將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與 ERP系統(tǒng)以及實時的用戶需求結(jié)合起來，使生產(chǎn)成為直接面向市場的 “ 電子制造 ” ，從而使企業(yè)能夠適應經(jīng)濟全球化的要求。隨著在工業(yè)領(lǐng)域的進一步應用，以太網(wǎng)不僅會對企業(yè)內(nèi)部的通信系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的改進， 還將對企業(yè)的管理和運營方式產(chǎn)生深遠的影響。 94 工業(yè)以太網(wǎng) ? 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應用 ? 1． 以太網(wǎng)技術(shù)的改進 ? 以太網(wǎng)的通信速率一再提高 。 ? 交換式以太網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生于 1992年 。 其做法是把網(wǎng)絡(luò)用交換器分割成互不相連的幾個網(wǎng)段 ， 每個設(shè)備獨占一個網(wǎng)段 ， 從而大大降低沖突的可能性 。 95 工業(yè)以太網(wǎng) ? 2． 嵌入式以太網(wǎng)的發(fā)展 ? 利用嵌入式軟 、 硬件 ， 設(shè)計者可以在單片機系統(tǒng)上實現(xiàn)以太網(wǎng)技術(shù)即嵌入式以太網(wǎng) 。 ? 在硬件方面 ， 國外大公司已經(jīng)利用嵌入式技術(shù)將以太網(wǎng)用于它們最新推出的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 。 96 工業(yè)以太網(wǎng) ? 在軟件方面 ， 美國集成系統(tǒng)公司 (Integrated Systems Inc)推出 pSOSystem,簡稱 pSOS嵌入式操作系統(tǒng) 。 ? 系統(tǒng)中的每個部分都是封閉式的 ， 相互之間既獨立又密切協(xié)作 ， 這在很大程度上提高了 pSOS的可擴展性 。 ? Windows CE也是較好的嵌入式操作系統(tǒng)。 97 工業(yè)以太網(wǎng) ? 3． 高速以太網(wǎng) HSE（ High Speed Ether） 簡介 ? HSE在 1998年 3月被現(xiàn)場總線基金會認可 。 ? HSE支持基金會現(xiàn)場總線 (FF)協(xié)議的各個方面 ， 而且能充分利用已經(jīng)成熟的以太網(wǎng)技術(shù) 。 ? HSE結(jié)構(gòu)應用標準以太網(wǎng)協(xié)議 ， 如 TCP/IP,SNTP,SNMP等 ，為 H1現(xiàn)場總線信息在主干網(wǎng)上高速高效的傳輸而設(shè)計 。 98 工業(yè)以太網(wǎng) ? HSE連接器 融合網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)功能 。 ? 連接器網(wǎng)橋功能使 H1設(shè)備通過連接器傳輸接口相互連接 ， 而不用上層系統(tǒng)的干預 。 99 工業(yè)以太網(wǎng) ? HSE連接器和現(xiàn)場設(shè)備組成在現(xiàn)場層的簡單系統(tǒng) ， 在許多應用中 ， 可以不需要上層控制器 ， 降低設(shè)備成本和空間消耗 。 可以減少集中控制中的錯誤和遺漏 。 可在危險的作業(yè)區(qū)域中工作 。 ? HSE連接器將遠端 H1網(wǎng)段的信息傳遞到以太網(wǎng)主干線上 。 控制信息也可同樣被管理系統(tǒng)獲取 。 100 工業(yè)以太網(wǎng) ? 4． 以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用 ? 以太網(wǎng)能否適應惡劣的工業(yè)環(huán)境 。這個系統(tǒng)中的以太網(wǎng)控制器和 I/O端口經(jīng)過了IEC的 14項工業(yè)標準測試，這些測試包括沖擊，震動以及各種環(huán)境條件 (如潮濕，低溫等 )。 ? 第二個例子 是澳大利亞的一個金礦，它的控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)。它的主機系統(tǒng)軟件采用 Windows NT， 是世界上最大的基于Windows操作系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 工業(yè)以太網(wǎng)的 特點是 ： ? 首先 ， Ether貫穿于整個網(wǎng)絡(luò)的各個層次 ， 它使網(wǎng)絡(luò)成為透明的 、 覆蓋整個企業(yè)范圍的應用實體 。 ? 其次 ， 采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線 ， 可以保證現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展 。 ? 相對于現(xiàn)場總線網(wǎng)卡的價格 ， 以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價格只有其十分之一 。 102 工業(yè)以太網(wǎng) ? 將以太網(wǎng)應用到工業(yè)控制領(lǐng)域，可以形成真正意義上的開放式系統(tǒng)，真正實現(xiàn)不同廠家的以太網(wǎng)產(chǎn)品的互連。