工業(yè)以太網(wǎng)入門教程第1講-工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)設備基本知

CTRLink產(chǎn)品家族由集線器、交換機、接口轉(zhuǎn)接器、路由器及網(wǎng)絡視頻產(chǎn)品。集線器標識中繼集線器而交換機表示交換集線器。接口轉(zhuǎn)接器提供雙絞線至光纖電纜的轉(zhuǎn)接?，F(xiàn)代工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡的接線采用雙絞線或光纖的星型或環(huán)形拓撲。如果網(wǎng)絡連接的設備超過兩個，需要集線器，它有兩種基本的形式－集線器和交換機。中繼型集線器是最簡單的集線器，它工作在物理層提供了網(wǎng)絡擴展的最簡單方式并兼容碰撞檢測的規(guī)則在半雙工共享型以太網(wǎng)中加強了內(nèi)涵。在不超過碰撞域的地理距離或電纜距離的限制下，最多可級聯(lián)四個集線器。中繼型集線器工作在10Mbps?？赏ㄟ^EI系列和EIM迷你型系列實現(xiàn)。交換集線器實際上定義為網(wǎng)橋，即數(shù)據(jù)鏈路層設備。網(wǎng)橋允許兩個或多個以太網(wǎng)網(wǎng)絡的鏈路，碰撞域在每個網(wǎng)絡中有了分割。使用交換機的優(yōu)點是擴展規(guī)則更加簡單，理論上允許交換機沒有限制地級聯(lián)。交換機亦可配置在全雙工方式下，消除半雙工、共享型以太網(wǎng)網(wǎng)絡。交換型集線器包括EIS系列、EISM迷你型、EISC可配置型、和EISX緊湊型可管理和不可管理型。連接光纖網(wǎng)絡至雙絞線網(wǎng)絡可通過集線器或交換機實現(xiàn)。接口轉(zhuǎn)接器的功能類似。與集線器類似，接口轉(zhuǎn)接器定義為物理層設備。接口轉(zhuǎn)接器設備包括EIMC迷你型接口轉(zhuǎn)接器。協(xié)議以太網(wǎng)定義了ISOOSI開放系統(tǒng)互聯(lián)標準模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在這兩個層上定義了多個協(xié)議，其中以TCP/IP最流行。即使在TCP之上，針對自動化行業(yè)有多個應用層協(xié)議，如Ethernet/IP,PROFInet,HSE,MODBUS/TCP,BACnet和一些私有協(xié)議。由于CTRLink產(chǎn)品基于以太網(wǎng)技術，這些產(chǎn)品可在所有協(xié)議上工作，包括TCP/IP。在選用CTRLink時，協(xié)議并不是考慮問題。供電安全和方便起見，CTRLink產(chǎn)品工作在可調(diào)整的或不可調(diào)整的低壓直流或交流電壓。直流電壓的范圍是10V~36V。交流電壓的范圍是8~24V，47~63Hz。電源消耗按不同型號而變，但通常為5瓦或低于5瓦。CTRLink產(chǎn)品提供了多電源的連接，接受寬范圍電源管理策略。電源可來自其它設備使用的變壓器電源，次級接地或不接地或來自公用的直流電源亦可。無需使用單獨的變壓器，但如果需要亦可。采用直流供電的控制面板，可提供多余的電源用于冗余電源的連接以接入備用的電池系統(tǒng)。直流連接具有電壓接反保護。電源接頭采用可插拔方式方便現(xiàn)場接線。兼容規(guī)范所有CTRLink產(chǎn)品兼容歐盟的CEmarking要求。在EMC方面，CTRLink產(chǎn)品兼容信息技術設備在工業(yè)分類下的抗干擾、抗輻射要求。所有CTRLink產(chǎn)品兼容UL508—Class2（低壓、有限能源）供電的工業(yè)控制設備。這是一個流行的工業(yè)自動化標準，通常在控制面板上有要求。其它CTRLink型號經(jīng)過了UL1604批準一用于Classi,IIDivision2和ClassIII危險地區(qū)的電器設備°CTRLink列出的設備符合ClassI,Division2,GroupA,B,C和D,允許的溫度范圍為0~60。這個標準在過程工業(yè)中可以找到。另外，CTRLink產(chǎn)品作為一個元件經(jīng)UL864（用于防火信令系統(tǒng)的控制單元）認證。該標準在樓宇自動化工業(yè)使用，OEM須提供此認證。認證后的CTRLink產(chǎn)品即被認為系統(tǒng)中的原件。速率工業(yè)以太網(wǎng)的最低速率為10Mbps。有些設備僅能工作在此速率下。但是，大部分設備都工作在100Mbps或更高。如果所有設備工作在10Mbps，可以使用中繼型集線器。如果可以工作在100Mbps，必須使用交換機。所有CTRLink交換機可工作在任何速度上。在雙絞線端口上，速度設定可通過自動協(xié)商實現(xiàn)或手動。光纖端口速率可手動設定。溫度范圍所有CTRLink產(chǎn)品支持標準的工業(yè)以太網(wǎng)溫度范圍0~60。該溫度范圍與安裝在密封的、不通風或不進水的所屬的設備如PLC和輸入輸出模塊一致。對于安裝在加溫或不加溫裝置內(nèi)設備的室外應用，EISX系列可支持擴展的-40~75的溫度范圍。安裝工業(yè)控制設備通常通過緊固件安裝在控制箱內(nèi)容的面板上或直接安裝在DIN軌上。一些產(chǎn)品支持這兩種方式，另一些僅支持DIN軌安裝。最常用的DIN軌尺寸是TS-32和TS35。外殼基本上有三種類型的外殼。標準型為156mm高的鋁制外殼。這是最通用的款式提供最多的端口（16）。應用中如需更小尺寸，79mm高度的迷你型塑料外殼是解決方案。剩下的款式即是96mm高度的迷你型鋁殼。所有CTRLink產(chǎn)品用于用戶控制箱內(nèi)或設備箱內(nèi)的安裝，可通過它的防護等級看出。功能性所有CTRLink產(chǎn)品開箱即可工作，不需要調(diào)整或只要小小的調(diào)整就可投入使用。我們稱為“即插即用”模式。在“即插即用”模式下，CTRLink產(chǎn)品自動按環(huán)境進行調(diào)整。對于集線器和接口轉(zhuǎn)接器產(chǎn)品，這是標準模式使得安裝簡單。但，在一些交換機產(chǎn)品上，提供了多個集線器和交換機沒有的特性，可通過控制端口進行配置。所有交換機產(chǎn)品可工作在即插即用模式，利用自動協(xié)商協(xié)議設定諸如速率、雙工和流量。這些特性一旦鏈路與所聯(lián)設備連上即進行協(xié)商。配置型產(chǎn)品如EISC系列的上述特性可對單個端口逐個進行配置。這個產(chǎn)品也支持高級的聯(lián)網(wǎng)特性如中繼、VLAN和QoS—所有產(chǎn)品都可通過控制端口進行配置。交換機最上乘的功能可通過EISX系列管理功能實現(xiàn)。配置可通過控制端口或EISX內(nèi)部的webserver實現(xiàn)。管理功能意味著設備支持簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)提供額外的監(jiān)測和報告功能。EISX帶管理型也提供了先進的網(wǎng)絡功能，包括端口鏡像、多播過濾和快速生成樹協(xié)議。自動協(xié)商協(xié)議自動協(xié)商協(xié)議可在CTRLink交換機的即插即用型特性中找到。協(xié)議允許基于兩個連接端口間最高的共同性對端口和所連設備參數(shù)進行自動配置。速率、半雙工/全雙工及流量控制都通過此方式設定。全雙工方式可使用PAUSE方案，半雙工方式可使用backpressure方案。在某些CTRLink產(chǎn)品上被禁止，端口配置通過手動進行。光纖產(chǎn)品不支持自動協(xié)商所有它們的參數(shù)必須手動設定。雙絞線端口在所有雙絞線端口上提供了帶屏蔽的RJ45接頭，可采用帶或不帶屏蔽雙絞線電纜。雙絞線端口的數(shù)目依型號不同而變最多為16個。這些端口都接成了集線器和交換機產(chǎn)品上常見的MDI-X(內(nèi)部交叉)。有些CTRLink產(chǎn)品帶有交叉連接(MDI)允許采用直通電纜級聯(lián)集線器和交換機。沒有此特性的型號級聯(lián)需要采用交叉電纜。帶管理功能EISX可對提供自動交叉連接的自動-MDIX特性進行允許。光纖所有CTRLink產(chǎn)品最少有一個雙絞線端口。在某些型號上可提供一對或兩對光纖端口。1一對光纖用于網(wǎng)絡末端應用，兩對光纖支持菊花鏈型光纖骨干網(wǎng)方案。光纖接頭有ST或SC。在10Mbps下，支持多模850nm選項，采用ST接頭。在100Mbps下，支持單模或多模1300nm。多模接頭可以是ST或SC接頭，但SC接頭用于單模型號。廣播風暴控制廣播是從一個站點向網(wǎng)絡中所有其它站點發(fā)送，通常在配置過程中使用。盡管此方式對網(wǎng)絡無害，由一個有問題的站點發(fā)出過度的廣播信息會消耗網(wǎng)絡帶寬，因而禁止其它，更多有用的信息發(fā)送出來。該廣播風暴可通過帶有此性能的產(chǎn)品進行最小化。LED顯示所有CTRLink產(chǎn)品都有LED顯示，以幫助操作者理解在集線器、交換機和接口轉(zhuǎn)接器上的單個端口狀態(tài)。依據(jù)型號和產(chǎn)品的復雜程度，LED顯示功能有多種。通常顯示的是，電源、鏈路、活動、速率、碰撞或雙工。先進特性提供更高的性能所有CTRLink產(chǎn)品工作在即插即用方式，但附加的功能可在可配置(EISC)和管理(EISX)交換機型號上找到。這些型號支持的特性必須在投入使用前正確地配置，進而為獲取更高性能提供方法。信號強度顯示EISC支持一種獨特的監(jiān)測雙絞線信號強度的方式。在一個配置屏幕上的小型條狀圖形顯示可以描述每個端口的接收強度。該信息在檢查接線出錯時有用。固定端口設定設定端口參數(shù)如速率、雙工和流量控制通常采用自動協(xié)商協(xié)議實現(xiàn)。但有時，用戶也想對這些參數(shù)進行預設以保證快速可靠的啟動。通過固定端口設定特性，自動協(xié)商協(xié)議可禁止，在每個端口上的單個參數(shù)可手動設置。出錯繼電器在某些型號，一個表示常開繼電器觸點的形式可用來表示在網(wǎng)絡中存在出錯狀態(tài)。通常的錯誤是在一個交換機端口上丟失鏈路。出錯繼電器可編程觸發(fā)某個端口狀態(tài)。開閉情況（是出錯時閉合還是打開）亦可編程?？刂贫丝跒榱藢Χ鄠€先進的特性進行配置，在可配置和管理型產(chǎn)品上提供了控制端口。它由DB-9接頭（male）組成，接成DTE端口，速率設定在9600波特率（8位數(shù)據(jù)、無極性、一個停止位）。在EISC，控制端口連至PC串口并運行基于Windows的配置程序。在EISX，控制端口需要一個終端仿真程序如HyperTerminal。Modbus協(xié)議（RTU,從站）Modbus協(xié)議是一個有名的可從一個主站訪問多個工業(yè)設備的簡單協(xié)議。EISC產(chǎn)品支持這個協(xié)議。對于熟悉這個協(xié)議的人來說，使用功能碼3(ReadHoldingRegisters),6(PresetSingleRegister)和16(PresetMultipleRegister)配置和訪問EISC的狀態(tài)非常容易。通過寄存器的傳送，監(jiān)管的主站PLC可監(jiān)測單個交換機端口的狀態(tài)。中繼中繼或鏈路聚合，是提高交換機與交換機連接的吞吐量的方法或稱之為骨干網(wǎng)連接。通過分配單個端口為骨干端口，在交換機間可產(chǎn)生平行路徑以提高吞吐量。這種方法的不利一面是減少了連接設備的可用端口的數(shù)量。服務質(zhì)量(QoS)服務質(zhì)量是對某些傳送授權(quán)優(yōu)先權(quán)的方法。有多種方案存在。有些方法基于端口與端口的基礎授權(quán)，其它方法檢查發(fā)送的以太網(wǎng)幀的字段。在EISC和EISX型號上，QoS支持有所不同。虛擬局域網(wǎng)(VLAN)VLAN允許網(wǎng)絡通訊通過一個交換機進行邏輯分隔，產(chǎn)生更高的性能和高度的網(wǎng)絡安全。交換機上的端口必須分配給單個的VLAN,因此，VLAN通訊僅局限在這些端口上。EISC和EISX都通過端口分配提供了VLAN支持。簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)EISX提供管理功能選項。管理型交換機定義在對SNMP的支持。管理型交換機作為SNMP代理工作，維持一套標準化的對象如提供了交換機上多個端口狀態(tài)信息的MIBII(管理信息庫)。通過管理軟件，可設置陷入以在交換機正常工作時對感興趣的事件進行觸發(fā)。自動一MDIX該特性提供了自動交叉功能，避免了單個上連端口的使用或交叉電纜的使用。帶有自動一MDIX允許的端口可決定在鏈路通訊時決定正確的連接。端口鏡像交換機將通訊僅限制在與某次傳送有關的端口上。這消除了將無關的信息發(fā)送到其它端口上。多播過濾多播指一個站發(fā)送至多播組內(nèi)的其它端口。由于交換機通常對目的站點的位置不了解，它會對所有端口發(fā)送，交換機的優(yōu)勢沒有了。通過分配端口至多播組，通訊量降低在感興趣的端口，避免了無用的信息發(fā)送至組外設備。靜態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表交換機維持站點地址和端口分配表。這些表通過觀察以太網(wǎng)幀內(nèi)的源地址以自學習方式連續(xù)不斷地更新。這個自動方式可通過手動直接分配地址到地址存儲器內(nèi)進行覆蓋－避免了地址表間歇地更新。快速生成樹(RSTP)快速生成樹協(xié)議(IEEE802.1W)是一個生成數(shù)據(jù)傳送冗余路徑地標準方法，因此生成了一個高水平的可靠性。與私有的光纖環(huán)路協(xié)議不同，RSTP不要求光纖的唯一使用，允許附屬的冗余路徑?；謴蜁r間通常為1秒或更少。RSTP與原來的IEEE802.1d快速生成樹協(xié)議(STP)保持向后兼容，STP的恢復時間比RSTP慢。OPC服務器用于控制行業(yè)內(nèi)的交換過程數(shù)據(jù)的OPC是個流行方法。擁有一個OPC服務器，受管理的交換機數(shù)據(jù)可提供至兼容的人機界面用于與其它過程數(shù)據(jù)一起顯示，允許了整潔一致的屏幕外觀。Web服務器交換機內(nèi)置了web服