儀表與裝置第10章課件

Ethernet為什么以前不用

Ethernet作現(xiàn)場總線EthernetEthernet產(chǎn)生于上個世紀(jì)七十年代為微型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端通信而設(shè)計采用星型或總線型結(jié)構(gòu)傳輸速率當(dāng)時僅為幾M（目前已達(dá)1000M甚至更高）傳輸介質(zhì)：屏蔽（非屏蔽）雙絞線、光纖、同軸電纜（粗纜、細(xì)纜）CSMA/CD,物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議微處理器功能簡單微處理器（單片機(jī)）作為工業(yè)現(xiàn)場智能儀表的核心部件，在20世紀(jì)80年代初時還處于初期發(fā)展階段功能簡單數(shù)字處理能力有限TCP（UDP）/IP協(xié)議比較復(fù)雜，早期的單片機(jī)處理有困難應(yīng)用面、成本、功耗和環(huán)境等問題

應(yīng)用不廣，未被廣泛接受，軟硬件技術(shù)資源不足以太網(wǎng)剛產(chǎn)生時，成本很高功耗大、環(huán)境適應(yīng)性差

——因此，與令牌網(wǎng)及其他專用網(wǎng)絡(luò)比，以太網(wǎng)當(dāng)時優(yōu)勢不明顯，自然不會選擇以太網(wǎng)用于現(xiàn)場總線Ethernet作為監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)已成為大勢所趨一般商用環(huán)境下的以太網(wǎng)負(fù)荷瞬時流量變化大，無法預(yù)測網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷波動大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)越多，碰撞越頻繁

因此在商用環(huán)境下，無通信響應(yīng)實(shí)時性可言工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信特點(diǎn)傳輸?shù)男畔⒘可?，信息長度都比較小周期性信息較多測量、控制信息非周期性信息較少用戶操作指令、組態(tài)信息、診斷信息等等報警等突發(fā)性事件信息需要傳輸?shù)男畔⑸倬W(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較為平穩(wěn)信息流向具有明顯的方向性節(jié)點(diǎn)數(shù)少工控網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷實(shí)測例子應(yīng)用實(shí)例：6000多個I/O，10M以太網(wǎng)正常情況下，最大負(fù)荷為6.4%組態(tài)信息傳輸時，最大為7.2%—摘自浙大中控《WebFieldECS-100測試報告》流量控制例子一種以太網(wǎng)通信流量控制技術(shù)自適應(yīng)確定節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送的時間起點(diǎn)突發(fā)事件信息具有最高的總線訪問優(yōu)先權(quán)根據(jù)系統(tǒng)性能要求，優(yōu)化配置網(wǎng)絡(luò)達(dá)到?jīng)_突避免的目的ABCDABCDABCDABCD節(jié)點(diǎn)A網(wǎng)絡(luò)使用時間節(jié)點(diǎn)A網(wǎng)絡(luò)占用起始時刻系統(tǒng)掃描周期以太網(wǎng)完全能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時性要求以太網(wǎng)具有ARCnet等專用網(wǎng)絡(luò)所無法比擬的優(yōu)勢：技術(shù)通用，與信息網(wǎng)絡(luò)IT技術(shù)兼容價格低廉供應(yīng)方便培訓(xùn)、維護(hù)簡單Ethernet應(yīng)用于工業(yè)自動化國內(nèi)外自上世紀(jì)九十代中后期開始已將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動化基于以太網(wǎng)的DCSFUJI的OPENAX、浙大中控的JX-300X、Fisher-Rosemount的Delta-V等基于以太網(wǎng)的PLC與遠(yuǎn)程I/OMODICON、A-B、GEFanuc等基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場儀表和儀器HP、浙大中控、NI等中、高層網(wǎng)絡(luò)廣泛采用以太網(wǎng)FoundationFieldbusHSEEthernet/IPPROFINetMODBUSTCPP-NETonEthernetInterbusonEthernetEthernet能不能用于

工業(yè)控制現(xiàn)場

背景多種現(xiàn)場總線難以實(shí)現(xiàn)透明信息互訪以太網(wǎng)優(yōu)勢應(yīng)用廣泛軟硬件成本與培訓(xùn)費(fèi)用低、價格低廉技術(shù)資源豐富采用以太網(wǎng)作現(xiàn)場總線，可使現(xiàn)場總線的發(fā)展與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展保持同步和較強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展能力工業(yè)以太網(wǎng)什么是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上，工業(yè)以太網(wǎng)與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度和適用性方面滿足工業(yè)現(xiàn)場需要環(huán)境適應(yīng)性（機(jī)械、氣候、電磁環(huán)境）能向現(xiàn)場設(shè)備供電安裝方便可靠性技術(shù)目前Ethernet設(shè)備不符合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用要求接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等上述問題正在迅速得到解決工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備導(dǎo)軌式集線器、交換機(jī)產(chǎn)品，并有冗余電源供電接插件采用牢固的DB-9結(jié)構(gòu)如美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann、JetterAG等公司工業(yè)Ethernet通信接口芯片（美國NETSilicon公司）最近剛剛發(fā)布的IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)中，對Ethernet的總線供電規(guī)范也進(jìn)行了定義其他可靠性技術(shù)主干網(wǎng)可采用光纖傳輸現(xiàn)場設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線對于重要的網(wǎng)段采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)研究工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會（IAONA，IndustrialAutomationOpenNetworkingAlliance）工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會（IndustrialEthernetAssociation）IDA（InterfaceforDistributedArchitecture)……主要問題通信實(shí)時性服務(wù)質(zhì)量（QoS）總線供電技術(shù)互可操作技術(shù)網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)本質(zhì)安全技術(shù)遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)實(shí)時通信服務(wù)質(zhì)量QoS實(shí)時通信服務(wù)質(zhì)量，是指以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場時，為滿足工業(yè)自動化實(shí)時控制要求，而提出的一系列通信特征需求：包括響應(yīng)延遲、傳輸延遲、吞吐量、可靠性、傳輸失敗率、優(yōu)先級等包括為緊要任務(wù)提供最低限度的性能保證（Guaranteed-Response，GR）服務(wù)為非緊要任務(wù)提供盡力（Best-Effort，BE）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全與本質(zhì)安全信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的安全機(jī)制如何應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制？網(wǎng)絡(luò)隔離、用戶密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等系統(tǒng)安全性對應(yīng)用于存在易燃、易爆與有毒等氣體的工業(yè)現(xiàn)場的智能裝備以及通信設(shè)備，如何采取防爆措施來保證工業(yè)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)隔爆（如增安、氣密、澆封等）本質(zhì)安全e網(wǎng)到底的意義什么是“e網(wǎng)到底”？

控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器操作站工程師站

現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)冗余以太網(wǎng)EPA“e網(wǎng)到底”能帶來什么好處享受現(xiàn)場總線技術(shù)的一切好處包括全分散控制、互可操作、現(xiàn)場設(shè)備管理、自主的系統(tǒng)集成權(quán)等。具有很強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展力無需專門培訓(xùn)，可利用以太網(wǎng)的大量現(xiàn)有技術(shù)無需大量專用軟件，可利用IE等通用瀏覽器遠(yuǎn)程監(jiān)視控制