Главная
Статьи





04.03.2021


04.03.2021


04.03.2021


04.03.2021


04.03.2021





Яндекс.Метрика
         » » Промышленный Ethernet

Промышленный Ethernet

15.02.2021

Промышленный Ethernet (также Industrial Ethernet) — Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD. Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данными между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена).

В последнее время является одной из самых распространённых промышленных сетей. Широко применяется при автоматизации зданий и в областях, не требующих высокой надёжности.

Протоколы реального времени

Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени:

  • Profinet
  • EtherCAT
  • Ethernet powerlink
  • EtherNet/IP
  • SERCOS III
  • LAN eXtensions for Instrumentation

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него:

  • функции синхронизации
  • новые алгоритмы сетевого обмена
  • диагностические функции
  • методы самокорректировки

Канальный и физический уровни Ethernet при этом остаются неизменными, что позволяет использовать протоколы реального времени в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого оборудования.

Сравнение протоколов

Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо их резервировать. Резервирование неизбежно ведет к возникновению кольцевых участков сети — замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых, так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный протокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуру сети. Этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола — Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

Отличия от обычного EtherNet

  • Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т. п.
  • Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи
  • Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC1006 (ISO Transport Service) обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объёмов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами
  • С помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева»
  • Использование протокола IEEE 1588 для синхронизации устройств в сети.

Достоинства

  • низкая цена
  • широкое распространение

Конкуренты

  • LonWorks — промышленная сеть для автоматизации зданий
  • BACnet — промышленная сеть для автоматизации зданий
  • RS-485 — самая простая и дешёвая промышленная сеть
  • CAN — промышленная сеть для транспорта и станочной автоматики
  • SERCOS III

Статьи

  • Типовой проект автоматизации технологических процессов на базе технологии Industrial Ethernet. Журнал «Промышленные АСУ и контроллеры» № 1 2005 г.