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《工業(yè)以太網(wǎng)講義》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、工業(yè)以太網(wǎng)周純杰教授華中科技大學(xué)控制系內(nèi)容介紹:為什么工業(yè)領(lǐng)域需要以太網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)的基本原理工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別幾種主流的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議棧的設(shè)計(jì)總結(jié)為什么工業(yè)領(lǐng)域需要以太網(wǎng)原因一:現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一,帶來系統(tǒng)復(fù)雜性1999年現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158終于塵埃落定,有8種總線成為國際電工委員會(huì)(IEC)現(xiàn)行的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是:①基金會(huì)現(xiàn)場總線FF(fundationfieldbus);②ControlNet;③Profibus;④P-Net;⑤FF(fi
2、eldbusfundation)高速以太網(wǎng)HSE;⑥SwiftNet;⑦WorldFIP;⑧Inter-bus.從用戶應(yīng)用的角度來看,多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)并立導(dǎo)致在一個(gè)具體應(yīng)用中可能會(huì)涉及多種不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線儀表,需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間的互連接和互操作的問題,這必然會(huì)增加用戶的投資和使用維護(hù)的復(fù)雜性。原因二:信息集成有新的要求帶寬問題:一般地來說,現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是通信協(xié)議比較簡單,通信速率比較低。如基金會(huì)總線FF的H1和PROFIBUS-PA的傳輸速率只有31.25Kbps。但隨著儀器儀表智能化
3、的提高,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也必將趨于復(fù)雜,未來傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能已不滿足于幾個(gè)字節(jié),甚至是WEB網(wǎng)頁,所以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽诠I(yè)控制中越來越重要。與商業(yè)網(wǎng)集成問題:在制造加工工業(yè)中,能夠走出辦公室,在任何地方對(duì)企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,無疑是各個(gè)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)競爭力的有效方法。如此一來,現(xiàn)場總線的底層信息必然要和上層的通用局域網(wǎng)連接,將底層信息集成到車間、公司級(jí)的數(shù)據(jù)庫中,通過WEB方式瀏覽和交互控制?,F(xiàn)有現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)大都無法直接與互聯(lián)網(wǎng)連接,需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能完成通信。原因三:工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)(1
4、)解決協(xié)議的開放性和兼容性問題。工業(yè)以太網(wǎng)因?yàn)椴捎糜蒊EEE802.3所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,它是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn),從而為PLC廠家和DCS廠家廣泛接受。與現(xiàn)場總線相比,以太網(wǎng)還具有向下兼容性??焖僖蕴W(wǎng)是在雙絞線連接(10BaseT)的傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,但它的傳輸速度從10Mbps提升到了100Mbps。在大多數(shù)場合,它還可以使用已有的布線。此外,以太網(wǎng)還允許逐漸采用新技術(shù)。也就是說,沒必要一下子改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò),可以一步步將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。(2)解決帶寬需求問題。以太網(wǎng)最初的數(shù)據(jù)傳輸速度只
5、有10Mbit/s,隨著1996年快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。以太網(wǎng)的速度提高到了100Mbit/s。1998年,千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將其速度提高到最初速度的100倍。最初的以太網(wǎng)需要1.2毫秒才能傳送一個(gè)1518字節(jié)大小數(shù)據(jù);現(xiàn)在,快速以太網(wǎng)已經(jīng)將這一時(shí)間減少到120秒;如果采用千兆以太網(wǎng),這一時(shí)間只需12微秒。(3)解決與商用以太網(wǎng)集成問題。以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線,尤其是高速現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)的主體,可以避免現(xiàn)場總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展之外,使現(xiàn)場總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好地融合而形成相互促進(jìn)的局面
6、。(4)以太網(wǎng)適配器的價(jià)格大幅度下跌以及各產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)以太網(wǎng)的支持是其成功的重要因素。什么是以太網(wǎng)?1980年DEC(digitalequipmentcorporation)、Intel和Xerox三大公司發(fā)布了DIX版以太網(wǎng)1.0規(guī)范,其傳輸速度為10Mb/S,所支持的唯一物理介質(zhì)為粗同軸電纜。1982年,發(fā)布了DIX2.0版,這就是通常所說的EthernetⅡ。與DIX同步的是IEEE成立的至今聞名的802.3委員會(huì)。1985年,IEEE802.3委員會(huì)發(fā)布了CSMA/CD訪問方法和物理層規(guī)范。
7、盡管其幀的定義與DIX2.0不盡相同,但是現(xiàn)在更多的人認(rèn)為它就是以太網(wǎng)。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括:physicallayer:media,configurationdatalinklayer:MACprotocol,CSMA/CDPASFDDASATypeDataPacketFCSEthernetHeaderDataField7166246-1500bytes4AnEthernetIIframe以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)EverydevicehasuniqueaddressMulticasting,broadcasting
8、supportedPASFDDASALength802.3HeaderandDataPacketFCS7166246-1500bytes4An802.3frameSOF1CSMA/CDCarrierSense(CS)—“偵聽”在發(fā)送信息幀之前是否有網(wǎng)絡(luò)傳輸。一旦偵聽到信道空閑,等待一個(gè)IFG(46bit時(shí)間)后便立刻發(fā)送信息幀MultipleAccess(MA)—“多點(diǎn)接入”如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息,此時(shí)就會(huì)發(fā)生沖突CollisionDetect(CD)—“沖突檢測(cè)”