工业以太网是如何设计并满足工业自动化条件的

时间:2023-03-10作者:佚名
众所周知,在企业信息系统中,传统以太网已经成为事实上的标准网络,而工业实时控制是传统以太网的延伸,它帮助用户构建更加开放集成的工业自动化和信息化网络。工业以太网技术是标准以太网和通用工业协议的结合。那么工业以太网又是如何设计并满足工业自动化条件的呢?
一、通信确定性与实时性
工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求,即信号传输要足够快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD方式,网络负荷较大时,网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求,故传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求,一直被视为“非确定性”的网络。然而,快速以太网与交换式以太网技术的发展,给解决以太网的非确定性问题带来了新的契机,使这一应用成为可能。
1、采用快速以太网加大网络带宽。
  Ether-net的通信速率从10、100 Mb/s增大到如今的1、10Gb/s。在数据吞吐量相同的情况下,通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小,即网络碰撞机率大大下降,从而提高其实时性。
2、采用全双工交换式以太网。
  用交换技术替代原有的总线型CSMA/CD技术,避免了由于多个站点共享并竞争信道导致发生的碰撞,减少了信道带宽的浪费,同时还可以实现全双工通信,提高信道的利用率。
3、降低网络负载。
  工业控制网络与商业控制网络不同,每个结点传送的实时数据量很少,一般为几个位或几个字节,而且突发性的大量数据传输也很少发生,因此可以通过限制网段站点数目,降低网络流量,进一步提高网络传输的实时性。
4、应用报文优先级技术。
在智能交换机或集线器中,通过设计分类报文的优先级和QOS来提高传输的实时性。
二、稳定性与可靠性
  传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的,没有考虑工业现场环境的适应性需要。由于工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣,因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中,工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。
  为了解决在不间断的工业应用领域,在极端条件下网络也能稳定工作的问题,可以采用导轨式交换机产品,安装在标准DIN导轨上,并有冗余电源供电,接插件采用牢固的DB-9 结构。
  此外,在实际应用中,主干网可采用光纤传输,现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线,对于重要的网段还可采用冗余网络技术,以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。
三、安全性
  在工业生产过程中,很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒气体等,对应用于这些工业现场的智能装置以及通信设备,都必须采取一定的防爆技术措施来保证工业现场的安全生产。
  在目前技术条件下,对以太网系统采用隔爆、防爆的措施比较可行,即通过对Ethernet现场设备采取增安、气密、浇封等隔爆措施,使现场设备本身的故障产生的点火能量不外泄,以保证系统运行的安全性。对于没有严格的本安要求的非危险场合,则可以不考虑复杂的防爆措施。
  但同时也引人了一系列的网络安全向题,工业网络可能会受到包括病毒感染、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。
工业以太网在协议里都引入了safety协议的概念,可以避免黑客对网络监听和盗取以及信息的篡改,同时可以采用网关或防火墙等对工业网络与外部网络进行隔离,还可以通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络的安全管理。
四、总线供电问题
  总线供电(POE)是指连接到现场设备的线缆不仅传输数据信号,还能给现场设备提供工作电源。对于现场设备供电可以采取以下方法:
  1、在目前以太网标准的基础上适当地修改物理层的技术规范,将以太网的曼彻斯特信号调制到一个直流或低频交流电源上,在现场设备端再将这两路信号分离开来。
2、不改变目前物理层的结构,而通过连接电缆中的空闲线缆为现场设备提供电源。

相关阅读

建筑水电安装工程强制做法及推荐做法图集,质量标准化学起来!

1、接线盒预埋 1、在混凝土和砌体结构中的各类箱盒预埋时,各类线盒必须进行防腐处理。四面采用井字形钢筋绑扎固定,箱盒内宜采用无污染物质填满。 2、电导管预埋 1、电导管在进...
2023-06-11

为什么变频器上端不建议加装漏电保护器,维修电工必须懂得

变频器是一种广泛应用于电机控制的电子器件,通过控制电源的频率和电压来实现对电机的速度、扭矩等参数的精确调节,因此被广泛应用于各种需要精确控制电机的场合。然而,在变...
2023-04-04
为什么变频器上端不建议加装漏电保护器,维修电工必须懂得

星三角降压启动与触摸屏上显示控制(案例)

【点击领取】 三菱案例 | 西门子案例 | 电工手册 | 工具箱 软件 【点击获取】 三菱PLC例程117个|西门子PLC例程777个 【点击下载】 2020最新电工仿真软件 话说星三角降压启动,对于电工...
2023-06-27

两种PLC 控制电动机过载保护方法,你选择哪一种呢​?

在工业自动化领域,PLC(可编程逻辑控制器)被广泛应用于电动机的控制。而对于电动机的过载保护,常见的有两种方法:一是将热继电器的触点作为 PLC 的输入量;二是将热继电器的触点与 P...
2024-08-27
两种PLC 控制电动机过载保护方法,你选择哪一种呢​?

关于电厂那些事——我在电厂培训中心的日子

上一篇文章介绍了我自大学毕业后来到电厂实习的,刚来的一个月还不能进入生产现场学习,而是在培训中心度过的。 培训课室 电厂的培训中心已经存在好些年了,我第一次走进培训...
2023-07-05
关于电厂那些事——我在电厂培训中心的日子

热销商品

12V星空顶筒灯嵌入式阳台卧室客厅氛围迷你呼吸小射灯满天星天花

12V星空顶筒灯是一款专为营造浪漫氛围而设计的迷你嵌入式射灯,适用于阳台、卧室、客厅等空间。采用低功耗LED光源,安全节能,光线柔和均匀,支持呼吸模式与满天星效果,可...
¥ 7.65

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

电位器旋钮电流调节螺帽直流逆变电焊机二保焊送丝机通用旋钮B102

电位器旋钮电流调节螺帽适用于直流逆变电焊机和二保焊送丝机,是一款通用的旋钮B102。该旋钮采用优质材料制造,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点,能够长时间稳定运行...
¥ 0.7

喜美诺排插插座面板多孔排插家用宿舍接线板插排国标线板延长线

喜美诺排插,一款精心设计的多孔插座面板,专为家庭和宿舍环境而造。它不仅提供便捷的接线体验,更符合国标安全标准,确保使用过程中的安全与稳定。这款排插采用高质量材...
¥ 11.9

O型圈氟橡胶圆条丁腈胶硅胶垫片防水O三元乙丙EPDM密封件骨架油封

O型圈、氟橡胶圆条、丁腈胶、硅胶垫片、三元乙丙(EPDM)密封件及骨架油封是广泛应用于机械、汽车、航空航天及建筑等领域的关键密封元件。氟橡胶耐高温、耐腐蚀,适用...
¥ 1

网站栏目