工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 課件 02 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指在工業(yè)環(huán)境中用于連接和通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是為了滿足工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的需求而設(shè)計(jì)的，用千連接各種設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器和控制器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控和控制功能。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常具有以下特性：1.可靠性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要具備高度可靠性，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。2.實(shí)時(shí)性：許多工業(yè)應(yīng)用需要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)，如控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，因此工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要提供低延遲和高帶寬的通信能力，以保證及時(shí)快捷的通信。3.安全性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)和通信必須得到保護(hù)，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)、數(shù)據(jù)泄露或網(wǎng)絡(luò)攻擊。因此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常采用安全協(xié)議、身份驗(yàn)證以保障網(wǎng)絡(luò)安全。4.擴(kuò)展性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要具備良好的擴(kuò)展性，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)流最，應(yīng)該能夠支持靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備的添加或刪除。一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以包括各種通信技術(shù)和協(xié)議、現(xiàn)場(chǎng)總線（如PROFIBUS、Modbus、CAN等）、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在制造業(yè)、能源、交通、物流等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)提供可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述由于現(xiàn)場(chǎng)急線的標(biāo)準(zhǔn)化制定存在一定的難度，人們開(kāi)始尋求新的工業(yè)通信技術(shù)，這時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)了。以太網(wǎng)最早出現(xiàn)千20世紀(jì)70年代，之后按照IEEE802.3實(shí)施了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在是指符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)(LAN)產(chǎn)品組。以太網(wǎng)技術(shù)因具有技術(shù)簡(jiǎn)單、開(kāi)放性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在辦公和商務(wù)領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率非常高。以太網(wǎng)最初是為辦公自動(dòng)化的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，并沒(méi)有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需求。后來(lái)，—些廠商提出將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠設(shè)備底層（如施耐德提出了適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的基于以太網(wǎng)＋TCP/IP的解決方案），工業(yè)以太網(wǎng)也就隨之產(chǎn)生了。工業(yè)以太網(wǎng)是指在工業(yè)環(huán)境的自動(dòng)化控制及過(guò)程控制中應(yīng)用以太網(wǎng)的相關(guān)組件及技術(shù)，采用TCP/IP協(xié)議，與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容，并在應(yīng)用層加入各自特有協(xié)議的通信技術(shù)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述1.工業(yè)以太網(wǎng)概況工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3（以太網(wǎng)）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了一個(gè)無(wú)縫集成到新的多媒體世界的途徑。企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)、外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入辦公室領(lǐng)域，而且可以應(yīng)用于生產(chǎn)和自動(dòng)化過(guò)程中。繼10Mbit/s以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能、全雙工和自適應(yīng)的100Mbit/s快速以太網(wǎng)(FastEthernet,符合IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)）也已成功運(yùn)行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決千用戶的需要，通用的兼容性允許用戶無(wú)縫升級(jí)到新技術(shù)。在今天的控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，以太網(wǎng)的應(yīng)用幾乎和PLC一樣普及。正確選擇工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，要從以太網(wǎng)通信協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認(rèn)證、安裝方式、外殼對(duì)散熱的影響、簡(jiǎn)單通信功能和通信管理功能、電口或光口等方面來(lái)考慮，這些都是最基本的產(chǎn)品選擇因素。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述如果對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理有更高要求，那么需要考慮所選擇產(chǎn)品的高級(jí)功能，如信號(hào)強(qiáng)弱、端口設(shè)置、出錯(cuò)報(bào)警、串口使用、主干冗余(Trunking)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRing)、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)和端口鏡像等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理交換機(jī)可以提供的功能。不同的控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理功能要求不同，自然對(duì)管理型交換機(jī)的使用也有不同要求。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，挑選適合系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。由于工業(yè)環(huán)境對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應(yīng)運(yùn)而生。從快速生成樹(shù)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余到主干冗余，它們都有各自不同的特點(diǎn)，控制工程師可以根據(jù)要求進(jìn)行選擇。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述2.工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)以太網(wǎng)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟／硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之—。近些年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域，形成新型的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。這主要是由千工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向分布化、智能化控制方面發(fā)展，開(kāi)放的、透明的通信協(xié)議是必然的要求。將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)特奪帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)具體有以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)用廣泛。工業(yè)以太網(wǎng)兼容應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大多數(shù)編程語(yǔ)言（如VisualC+＋、Java和VisualBasic等）都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。采用不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備可以很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。（2）資源共享能力強(qiáng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已滲透到各個(gè)角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，接入互聯(lián)網(wǎng)上的任何—臺(tái)計(jì)算機(jī)后都能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，形成企業(yè)級(jí)管控—體化的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述（3）軟／硬件成本低廉。由千工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支待工業(yè)以太網(wǎng)的軟／硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。（4）通信速率高。隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對(duì)信息量的需求也越來(lái)越大，有時(shí)甚至需要實(shí)現(xiàn)音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。通信速率為100Mbit/s、1000Mbit/s的快速以太網(wǎng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用，萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，其速率比現(xiàn)場(chǎng)急線快很多，可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長(zhǎng)的帶寬要求。實(shí)現(xiàn)“控管—體化”，這是其他任何—種現(xiàn)場(chǎng)總線都無(wú)法比擬的。（5）可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。工業(yè)以太網(wǎng)的引入為控制系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供可能性，用戶在技術(shù)升級(jí)方面無(wú)須獨(dú)自研究投入。同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展要求通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬和性能，通信協(xié)議具有更高的靈活性，這些要求工業(yè)以太網(wǎng)都能很好地滿足。三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通?；诜謱蛹軜?gòu)，其中包含以下幾個(gè)主要組成部分：1.邊緣層（Edgelayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低層，負(fù)責(zé)連接終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)）。2.分布層（DistributionLayer）：位千邊緣層和核心層之間，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分層。3.核心層（CoreLayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)處理大量的數(shù)據(jù)流量。它提供高帶寬、低延遲的交換和路由功能，確保網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性。三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.無(wú)線鏈路（WirelessLink）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括無(wú)線鏈路，用于支持移動(dòng)設(shè)備的無(wú)線接入寺。無(wú)線局域網(wǎng)可以與穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)合使用，提供靈活的網(wǎng)絡(luò)連接和覆蓋范圍。5.數(shù)據(jù)中心（DataCenter）：對(duì)于大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心是現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分。6.安全層（SecurityLayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的安全性能，以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)并防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。安全層包括防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)(IDS)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)等安全設(shè)備和技術(shù)。這些組成部分相互連接和交互，構(gòu)成個(gè)完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置可能會(huì)因?yàn)榻M織規(guī)模、業(yè)務(wù)需求和技術(shù)要求的不同而有所不同。四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，集成多種網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)不同類型的設(shè)備和系統(tǒng)之間的通信與協(xié)作。常見(jiàn)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)集成方法有以下幾種：1.利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備。利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以連接不同類型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場(chǎng)接口、控制器局域網(wǎng)等。網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以將不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換和改裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。2.利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器。協(xié)議轉(zhuǎn)換器是一種設(shè)備或軟件，用于將不同網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它可以將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議格式轉(zhuǎn)換為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)所需的協(xié)議格式，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與交互。3.利用通信服務(wù)器。通信服務(wù)器是種中間設(shè)備，用千連接和管理多個(gè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。它可以提供統(tǒng)一的接口和協(xié)議，使不同網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間能夠進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成4.利用軟件。通過(guò)使用軟件工具和平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。這些軟件可以提供數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備管理和監(jiān)控等功能，以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的集成和協(xié)作。5.利用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。—些工業(yè)控制