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工业以太网介绍及与普通以太网区别

2013-08-22 08:08
小鱼时代
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  现场总线的出现,对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用,但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高,速度低和支持应用有限等缺陷,再加上总线通信协议的多样性,使得不同总线产品不能互相互连,互用和互操作等,因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。随着以太网技术的发展,特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷,进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。

  1.以太网的主要缺陷

  在讲以太网的主要缺陷前,有必要先了解一下以太网的通信机制。以太网是指遵循IEEE802.3标准,可以在光缆和双绞线上传输的网络。它最早出现在1972年,由XeroxPARC所创建。当前以太网采用星型和总线型结构,传输速率为10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s或更高。以太网产生延迟的主要原因是冲突,其原因是它利用了CSMA/CD技术。在传统的共享网络中,由于以太网中所以的站点,采用相同的物理介质相连,这就意味着2台设备同时发出信号时,就会出现信号见的互相冲突。为了解决这个问题,以太网规定,在一个站点访问介质前,必须先监听网络上有没有其他站点在同时使用该介质。如果有则必须等待,此时就发生了冲突。为了减少冲突发生的几率,以太网常采用1-持续CSMA,非持续CSMA,P-持续CSMA的算法2。由于以太网是以办公自动化为目标设计的,并不完全符合工业环境和标准的要求,将传统的以太网用于工业领域还存在着明显的缺陷。但其成本比工业网络低,技术透明度高,特别是它遵循IEEE802.3协议为各现场总线厂商大开了方便之门,但是,要使以太网符合工艺上的要求,还必须克服以下缺陷:

  确定性

  由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD,该协议使得在网络上存在冲突,特别是在网络负荷过大时,更加明显。对于一个工业网络,如果存在着大量的冲突,就必须得多次重发数据,使得网间通信的不确定性大大增加。在工业控制网络中这种从一处到另一处的不确定性,必然会带来系统控制性能的降低。

 实时性

  在工业控制系统中,实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。也就是说,在一个事件发生后,系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反映。然而,工业上对数据的传递的实时性要求十分严格,往往数据的更新是在数十ms内完成的。而同样由于以太网存在的CSMA/CD机制,当发生冲突的时候,就得重发数据,最多可以尝试16次之多。很明显这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。而且一但出现掉线,那怕是仅仅几秒种的时间,就有可能造成整个生产的停止甚至是设备,人身安全事故。

  可靠性

  由于以太网在设计之初,并不是从工业网应用出发的。当它应用到工业现场,面对恶劣的工况,严重的线间干扰等,这些都必然会引起其可靠性降低。在生产环境中工业网络必须具备较好的可靠性,可恢复性,以及可维护性。即保证一个网络系统中任何组件发生故障时,不会导致应用程序,操作系统,甚至网络系统的崩溃和瘫痪。

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