工业以太网 - 图文

什么是工业以太网？联网设备简介 2007年10月25日 工控吧-http://www.gkong8.com;http://www.gkong8.net 在以太网的应用广泛普及的今天，今天的 控制系统 和工厂自动化系统常常采用 工业以太网 技术完成工业控制任务，但是，IT工程师们对于以太网的了解往往局限于办公自动化商业以太网，这就可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。 选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理 交换机 中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。 由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。 工业以太网设备包括以下几个重要部分。 集线器 相信绝大多数人都熟悉集线器。很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。集线器接收到来自某一端口的消息，再将消息广播到其它所有的端口。对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其它的各个端口。在消息传递方面，集线器是低速低效的，可能会出现消息冲突。然而，集线器的使用非常简单－实际上可以即插即用。集线器没有任何华而不实的功能，也没有冗余功能。 非管理型交换机 集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能，相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外，它具有一种称为“MAC地址表”的功能，能识别和记忆网络中的设备。换言之，如果端口2收到一条带有特定识别码的消息，此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突，提高了传输性能，相对集线器是一次巨大的改进。然而，非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。 管理型交换机 以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机，管理型交换机拥有更多更复杂的功能，价格也高出许多－通常是一台非管理型交换机的3～4倍。管理型交换机提供了更多的功能，通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互，用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能，因此手动配置功能是必不可缺的。 绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能，如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议)，用于诊断的端口映射，用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网)，用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机，可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构，管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径，当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。 管理型冗余交换机 高级的管理型冗余交换机提供了一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、安全性方面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。构建冗余网络的主要方式主要有以下几种，STP、RSTP；环网冗余RapidRingTM以及Trunking。 1 STP及RSTP STP(Spanning Tree Protocol，生成树算法，IEEE 802.1D)，是一个链路层协议，提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级，将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。生成树算法网络结构灵活，但也存在恢复速度慢的缺点。 2 环网冗余 为了能满足工业控制网络实时性强的特点，RapidRing孕育而生。这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后300ms之内自行恢复。并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和SNMP设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。 RapidRingTM也支持两个连接在一起的环网，使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接，这些连接可以是冗余的，避免单个线缆出错带来的问题。 图解1：用管理型交换机实现RapidRing环网连接，网络中断恢复时间小于300ms 3 主干冗余 将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口，并建立连接，则这些交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽，增强了网络吞吐量，而且还还提供了另外一个功能，即冗余功能。如果网络中的骨干链接产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递，保证网络的通讯正常。Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构，理论通讯距离可以无限延长。该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法，所以使网络中断恢复时间达到了新的高度，一般恢复时间在10ms以下。 图解：用管理型交换机实现Trunking主干连接，网络中断恢复时间小于10ms 工业以太网应用的几个方面 1．工业以太网&商用以太网 以太网经受了时间的考验，如今已成为世界上广泛采用的网络技术，并以迅猛的速度向各个领域扩展。但以太网要进入工业控制领域还需解决一些问题，以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求; 此外，现有的高层协议也无法满足工业控制的要求。 对于上面谈到的问题，一方面，各大PLC厂商先后推出了各自的高层协议，如Rockwell推出的EtherNet/IP，西门子推出的Profinet，施耐德推出的Modbus TCP，它们有的是在现有的标准以太网协议基础上增加了适用于工业应用的高层协议，有的是基于现有标准以太网作了一定的修改。另一方面，以太网交换机的出现，特别是工业以太网交换机的出现，解决了CSMA/CD规范中的碰撞（冲突）检测问题，和交换机相连的所有端口上的设备可以没有冲突的全双工通讯。 上述两个方面问题的解决使得以太网进入工业控制领域成为可能。 2． 工业以太网的应用现状 工业以太网在控制系统中的应用主要有两个方面： (1)连接HMI和PLC控制系统，目前在国内超过95%的应用都是这种类型的。 由于以太网结构简单、成本低廉，有很好的灵活性和兼容性而且有较大的网络带宽，各主要PLC厂家都推出了支持以太网接口的PLC和相关的通讯模块。所以目前HMI和PLC系统的连接越来越多的采用以太网方式。N-TRON交换机支持目前市场上流行的各种工业以太网。 (2)取代现有的工业现场总线，连接变频器和远程IO。目前在国内这种应用例子还比较少，可供选择的适用于工业现场控制的以太网线缆、连接头还不够多，施工布线规范、接地、抗干扰措施等方面的问题还需进一步摸索。 3. 工业以太网环网冗余技术 以太网本身并不支持环状拓扑结构，工业上对于以太网环状拓扑的应用主要是系统冗余，提高可靠性的需求。环状拓扑结构的系统在任何一段线路发生故障时都能够在一段很短的时间内自动恢复。目前环拓扑结构通常有两种主流的技术： （1）STP、RSTP技术。生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能，一旦某段链路故障，其冗余链路可以自动打开，从而达到网络冗余的功能。一个网络系统的重构时间当采用STP最新版本只能达到30S左右，但采用RSTP的最新版本能够达到1S左右。N-TRON9000系列产品支持最新版本的RSTP，所以采用N-TRON9000交换机基本上能够满足大多数的HMI监控系统的要求。 （2）专有Ring技术。由于早期的生成树协议所能达到的网络重构时间不能满足工业监控的要求，各工业以太网交换机厂商先后推出了专有的Ring技术，在一个环路里有个交换机充当Ring manager功能，当环路中任一段链路出现故障时，环路的通讯会在一段时间内恢复。目前市场上典型的自愈时间在300~500ms, N-TRON交换机可以达到100ms以内。 4．工业以太网交换机的监控 目前，在大多数工业监控系统中，工艺流程中的温度、压力、流量等都被作为监控对象放在HMI软件里实时监控，其中相当一部分是通过工业以太网交换机连接过来的。我们在关注工艺流程参数的同时往往忽视了对网络自身运行状态的监控。其中一个很重要的原因是，多数工业以太网交换机厂商来自IT领域，IT领域对网络、交换机的监控管理采用的是SNMP（简单网络管理协议）。但工控领域的工程师通常熟悉的是DDE、OPC之类的协议接口，所以对于交换机和工业以太网自身健康状况的监控一直被搁置了。 但越来越多的用户意识到对网络、交换机健康运行状态监控的重要性，于是各工业以太网交换机厂商提供了SNMP到OPC Server的转换软件包，而目前市场上流行的HMI软件都支持OPC，这样就能把对网络状况的监控有机的结合到目前的HMI监控系统中。 N-TRON公司同样能提供这类软件包，但通常这类软件包都非常的昂贵，而且SNMP中定义的很多数据并没有必要放在工业监控系统中。所以N-TRON公司额外提供了一个的很强大N-View功能，即提供了一个免费的OPC Server软件，它可以每6秒从网络中的每个交换机的每个端口采集40多个网络参数，从最简单的300系列产品到9000系列产品全部支持N-View功能。这样，市场上流行的HMI软件可以非常容易的对N-TRON交换机系统进行监控。 以太网与工业以太网的介绍 摘要： 本文首先分析了以太网的网络通信机制，指出了以太网进入工业通信网络中存在的问题和它的一些解决方法。继而详细介绍了一个目前工业通信网络中应用比较广泛的工业以太网（SIMATIC NET）。文章最后对工业以太网的发展表明了自己的看法 关键词： 以太网；工业以太网；SIMATIC NET 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高，速度低和支持应用有限等缺陷，再加上总线通信协议的多样性，使得不同总线产品不能互相互连，互用和互操作等1 ，因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。随着以太网技术的发展，特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷，进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。 1．以太网的主要缺陷 在讲以太网的主要缺陷前，有必要先了解一下以太网的通信机制。以太网是指遵循IEEE802.3标准，可以在光缆和双绞线上传输的网络。它最早出现在1972，由XeroxPARC所创建。当前以太网采用星型和总线型结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或更高。以太网产生延迟的主要原因是冲突，其原因是它利用了CSMA/CD技术。在传统的共享网络中，由于以太网中所以的站点，采用相同的物理介质相连，这就意味着2台设备同时发出信号时，就会出现信号见的互相冲突。为了解决这个问题，以太网规定，在一个站点访问介质前，必须先监听网络上有没有其他站点在同时使用该介质。，如果有则必须等待，此时就发生了冲突。为了减少冲突发生的几率，以太网常采用1-持续CSMA，非持续CSMA，P-持续CSMA的算法2 。由于以太网是以办公自动化为目标设计的，并不完全符合工业环境和标准的要求，将传统的以太网用于工业领域还存在着明显的缺陷。但其成本比工业网络低，技术透明度高，特别是它遵循IEEE802.3协议为各现场总线厂商大开了方便之门，但是，要使以太网符合工艺上的要求，还必须克服以下缺陷： 1.1 确定性 由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD，该协议使得在网络上存在冲突，特别是在网络负荷过大时，更加明显。对于一个工业网络，如果存在着大量的冲突，就必须得多次重发数据，使得网间通信的不确定性大大增加。在工业控制网络中这种从一处到另一处的不确定性，必然会带来系统控制性能的降低。 1.2 实时性 在工业控制系统中,实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。也就是说，在一个事件发生后，系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反映。然而，工业上对数据的传递的实时性要求十分严格，往往数据的更新是在数十ms内完成的。而同样由于以太网存在的CSMA/CD机制，当发生冲突的时候，就得重发数据，最多可以尝试16次之多。很明显这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。而且一但出现掉线，那怕是仅仅几秒种的时间，就有可能造成整个生产的停止甚至是设备，人身安全事故。 1.3可靠性 由于以太网在设计之初，并不是从工业网应用出发的。当它应用到工业现场，面对恶劣的工况，严重的线间干扰等，这些都必然会引起其可靠性降低。在生产环境中工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性，以及可维护性。即保证一个网络系统中任何组件发生故障时，不会导致应用程序，操作系统，甚至网络系统的崩溃和瘫痪。 2.以太网工业应用解决机制 针对以太网存在的三大缺陷和工业领域对工业网络的特殊要求，目前已采用多种方法来改善以太网的性能和品质，以满足工业领域的要求。下面介绍几种解决机制： 2.1 交换技术 为了改善以太网负载较重时的网络拥塞问题，可以使用以太网交换机（switch）。它采用将共享的局域网进行有效的冲突域划分技术。各个冲突域之间用交换机连接，以减少CSMA/CD机制带来的冲突问题和错误传输。这样可以尽量避免冲突的发生，提高系统的确定性，但该方法成本较高，在分配和缓冲过程中存在一定的延时。 2.2 高速以太网 我们知道当网络中的负载越大的时候，发生冲突的慨率也就越大。有资料显示当一个网络的负菏低于36%时，基本上不会发生冲突，在负荷为10%以下时，10M以太网冲突机率为每五年一次。100M以太网冲突机率为每15年一次。但超过36%后随着负荷的增加发生冲突的慨率是以几何级数的速度增加的。显然提高以太网的通信速度，就可以有效降低网络的负荷。幸运的是现在以太网已经出现通信速率达100M/S，1G/S的高速以太网，在加上细致全面的设计及对系统中的网络结点的数量和通信流量进行控制，完全可以采用以太网作为工业网络。 2.3 IEEE1588对时机制 IEEE1588定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的 精确同步时钟的协议（PTP）。此协议并不是排外的，但是特别适合于基于以太网的技术，精度可达微秒范围。它使用时间印章来同步本地时间的机制。即使在网络通信时同步控制信号产生一定的波动时，它所达到的精度仍可满足要求。这使得它尤其适用于基于以太网的系统。通过采用这种技术，以太网TCP/IP协议不需要大的改动就可以运行于高精度的网络控 制系统之中。在区域总线中它所达到的精度远远超过了现有各种系统。此外，在企业的各层次中使用基于以太网TCP/IP协议的网络技术有着巨大的优势。 一个包括IEEE1588对时机制的简单系统至少包括一个主时钟和多个从属时钟。如果同时存在多个潜在的主时钟，那么活动的主时钟将根据最优化的主时钟算法决

定。所有的时钟不断地与主时钟比较时钟属性，如果新时钟加入系统或现存的主时钟与网络断开，则其他时钟会重新决定主时钟。如果多个PTP子系统需要互联，则必须由边界时钟来实现。边界时钟的某个端口会作为从属端口与子系统相联，并且为整个系统提供时钟标准。因此这个子系统的主时钟是整个系统的原主时钟。边界时钟的其他端口会作为主端口，通过边界时钟的这些端口将同步信息传送到子系统。边界时钟的端口对子系统来说是普通时钟。 IEEE1588所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步，使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信，从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。由于高精度的同步工作，使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的，不影响控制精度的范围。IEEE1588的一大优点是其标准非常具有代表性，并且是开放式的。由于它的开放性，现在已经有许多控制系统的供应商将该标准应用到他们的产品当中了。而且不同设备的生产商都遵循同样的标准，这样他们的产品之间也可以保证很好的同步性。 3．典型工业以太网 随着以太网技术的高速发展及它的80%的市场占有率和现场总线的明显缺陷，促使工控领域的各大厂商纷纷研发出适合自己工控产品且兼容性强的工业以太网。其中应用最为广泛的工业以太网之一是德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网。它提供了开放的，适用于工业环境下各种控制级别的不同的通信系统，这些通信系统均基于国家和国际标准，符合ISO/OSI网络参考模型。SIMATIC NET工业以太网主要体系结构是由网络硬件，网络部件，拓扑结构，通行处理器和SIMATIC NET软件等部分组成。 3.1 SIMATIC NET工业以太网基本类型和网络硬件 SIMATIC NET工业以太网有2种类型，分别为10Mbit/s工业以太网和100Mbit/s工业以太网。它是利用带传输技术，基于IEEE802.3利用CSMA/CD介质访问方法的单元级和控制级传输网络。在西门子工业以太网中，通常使用的的物理传输介质是屏蔽双绞线（TP），工业屏蔽双绞线（ITP）以及光纤。TP连接常用于端对端的连接。一个数据终端设备（DTE）直接连接到网络连接元件端口，而该设备负责将信号进行放大和转发。在SIMATIC NET工业以太网中，这些网络连接元件有OLM（光学链接模板）ELM（电气连接模板）OSM（光学交换机模板）和ESM（电气交换机模板）。DTE与连接元件之间通过TP或ITP电缆连接。 3.2 SIMATIC NET工业以太网网络部件 SIMATIC NET工业以太网网络部件包括工业以太网链路模板OLM，ELM和工业以太网交换机OSM/ESM和ELS以及工业以太网链路模块OMC。其中OLM（光链路模块）有3个ITP接口和二个BFOC接口。ITP接口可以连接三个终端设备和网段，BFOC接口可以连 接二个光路设备（如OLM等），速度为10Mbit/s。ELM（电气链路模块）有3个ITP接口和一个AUI接口。通过AUI接口可以将网络设备连接到LAN上，速度为10Mbit/s。在普通OSM上，电气接口（TP/ITP）都是10/100 Mbit/s自适应的且线序自适应。光纤接口为100 Mbit/s全双工的BFOC接口，适用于多模光纤连接。二个OSM之间的最远距离为3km。在同一个网段上最多可以连接50个OSM，则扩展距离为150km。同时它还有地址学习，地址删除，设置传输波特率（10或100 Mbit/s）及自适应功能，简化了网络配置和增强了网络扩展能力。此外，根据IEEE802.1Q标准，OSM/ESM还支持VLAN（虚拟局域网），它提供数据包的VLAN优先权标签。它将数据分配为由低到高（0-7）的优先权级别，对于没有目的地址的数据包则被视为低优先权的数据帧。 3.3 SIMATIC NET工业以太网的拓扑结构 3.3.1 总线型拓扑结构 在OLM或ELM的总线拓扑结构中，DTE设备可以通过ITP电缆及接口连接在OLM或ELM上。每个OLM或ELM有三个ITP接口。OLM之间可以通过光缆进行连接，最多可以级联11个。而在ELM之间可以通过ITP XP标准电缆进行连接，最多可以级联13个。ESM可以通过TP/ITP电缆相连组成总型网络。任何一个端口都可以做为级联的端口使用。二个ESM之间的距离不能超过100m，整个网络最多可以连接50个ESM。 3.3.2 环型拓扑结构 OLM可以通过光缆将总线型网络首尾相连，从而构成环行网络。整个网络上最多可以级联11个OLM，与总线型网络相比冗余环网增加了数据交换的可靠性。而OSM/ESM也能够构成环网拓扑结构，它们具有网络冗余管理功能。它们通过DIP开关可以设置网络中的任何一个OSM/ESM做为冗余管理器。因而可以组成冗余的环网，其中OSM/ESM上7，8口作 以太网技术大全 [td=1,1,760] 以太网 技术 大全 运营商宽带 技术 以太网的成功体现之一就是在电信领域的渗透，不仅仅是电信运营商为了用户的需要提供适应以太网传输需要的 技术 ，同时电信运营商在城域网中使用以太网 技术 。 以太网透传 LANE：这是一个听似比较久远的 技术 。在很多利用ATM 技术 构建 数据 网络 的运营商，会向用户提供这样的 服务 。以太网可以通过运营商ATM 网络 实现透明传输。 下一代的SDH/SONET：对于传统电信运营商来说，SDH（欧洲和中国采用的标准）和SONET（北美的标准）是他们传输 网络 中主要采用的 技术 体制。很多厂商推出了新的SDH和SONET 技术 满足用户的高速 网络 互联的业务需要，实现以太网在SDH/SONET上的透明传输，这类产品正在部署中。 Martini draft：这是一种新兴的IETF标准。MPLS在电信网中得到普遍推广，Martini draft是利用MPLS VPN 技术 透明传输以太网 数据 的 技术 ，传输流的VLAN标签与MPLS的标签有映射关系，这一VPN 通道可以利用 MPLS 的流量管理特性来保证质量和实现链路迂回。 透明的局域网 服务 (TLS) ：是一种利用二、三层以太网交换机和802.1Q标准封装协议提供端到端连接的方案，它同时可以提供多点之间的VLAN 服务 。有些厂商开发了超级汇聚 VLAN 的 技术 ，利用交换机的二次标签 技术 解决了这一窘境。 运营商使用的以太网 技术 光纤以太网：直接在暗光纤上传输以太网业务，用于城区的短距离传送(<70公里)。 RPR(Resilient Packet Ring)以太网：通过以IEEE 802.17标准来充分利用现有SDH环路 网络 的功能。使以太网业务能够借助SDH 网络 的恢复功能传输几千公里。 密波分复用以太网：使以太 网络 可以通过多个波长或多种光波或一根光纤进行传送，从而极大地提高 网络 容量。 CWDM:与DWDM相比，CWDM更适合于构建城域 网络 ，它在一根光纤中传输的波长数量少，同时CWDM设备成本更低，功耗更低，有些厂商已经推出了交换机使用的CWDM GBIC。 10G以太网：万兆以太网与SONET OC-192帧结构的融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备一起运行，保护了传统基础设施投资，使供应商能够在不同地区中通过城域网提供端到端以太网。 EPON (Ethernet PON) 和 GPON (Gigabit PON)：EPON是点到多点光以太网，可以较低的成本提供较高的带宽。根据光分离比，无源光以太网（EPON）在遵守 服务 水平协议的同时可以支持30 Mbps的用户带宽，还能够实现100 Mbps或更高的突发流量。EPON可以提供多种经济优势。 Ethernet over VDSL 技术 ：该 技术 帮助人们利用电话线资源拓展以太网的覆盖。VDSL可以在铜双绞线上提供10Mbps以上的速度，还能够克服ADSL 技术 的选线率低、速率不稳定等问题。 无线局域网：IEEE802.11a/b/g等无线局域网 技术 都给电信运营商提供了很好的 服务 手段，一方面可以提供类似移动 数据 服务 。另一方面可以提供无线的以太网接入 服务 ，或者是做本地的传输 服务 。 带宽控制：电信运营商使用的以太网设备对带宽控制能力要求很高，不同的交换设备采用的 技术 不同，且能够提供的带宽控制能力不同，比如初始带宽为64Kbps或者1Mbps，递增的粒度为1Kbps。 远程管理与维护：对于电信运营商来说 网络 的可维护、可管理性非常重要，一些厂商提供对交换机物理端口、线路进行远程回环测试的功能。另外，配合一些厂商私有的软件，他们可以远程的对一组交换机或者其他以太网产品进行配置、管理、升级。 远程线内供电：IEEE802.3af标准规定了在5类双绞线中对以太网产品进行直流供电。在这一标准公布之前，已经有很多厂商能够提供这样的功能。 QoS：电信运营商对QoS的要求很高，以太网的IEEE802.1p 技术 结合IP层的DiffServ 技术 都备受重视。 基于以太网的IP存储 一些使用以太网的存储协议正迅速成为 网络 存储管理员词典中的内容：FC/IP、Internet SCSI(iSCSI)、Fibre Channel Back Bone (FC-BB)和Internet光纤通道协议(iFCP)。所有这些协议，不管是作为千兆还是万兆以太网部署，都运行在IP上面。 IP存储协议的真正好处是它们不关心基础的传输机制是什么，IP存储不在意WAN连接是否是千兆以太网或者SONET不是点到点。 有200多家厂商正在开发iSCSI解决方案。厂商具有如此之高兴趣的原因之一是IP存储提供了一条在无需基于光纤通道 技术 的条件下，进入高速增长的存储 网络 领域的道路。 在存储领域，SCSI的重要不言而喻，作为成熟的 技术 ，它满足了块级 数据 传输的需求。虽然现在SAN利用串行光纤通道取代了SCSI的并行传送机制，但它仍然使用SCSI协议，保留了SCSI控制器API。 相比之下，IP的 技术 特点决定了它在块级 数据 传输上的劣势。另外，IP不能保证 数据 包从信源传送到目的，SCSI要求 数据 包不仅到达目的地，还要以准确的次序到达。作为一个折衷方案，人们自然地想到了用IP封装块级 数据 （iSCSI）或者是用IP把FC SAN连接起来（FCIP）。iSCSI是一个供硬件设备使用的可以在IP基于以太网的IP存储 协议的上层运行的SCSI指令集。简单地说，iSCSI可以实现在IP 网络 上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。 iSCSI最适于部署在从光纤通道设备向工作站或 服务 器传输块级存储 数据 的工作组中，不过，你可以将iSCSI与FC/IP或iFCP相结合，连接远程办公室和 数据 中心。 iSCSI使基于IP以太网的 服务 器可以访问光纤通道SAN。由于iSCSI是一项新 技术 ，因此，它仍将经历定义、互操作性、部署和管理阶段。这就是说，200多家开发iSCSI解决方案的公司的影响以及大量的已有IP 网络 ，将使iSCSI能够对SAN产生真正的影响。 FC/IP是WAN和城域网(MAN)中最常用的存储协议。它非常适用于在地理上分布的存储区域 网络 (SAN)之间镜像保存 数据 ，它很少(即使有的话)用作一项跨LAN传输存储 数据 的 技术 。在FC/IP中，光纤通道帧被FC/IP封装在IP包中。 FC/IP是一项利用TCP/IP协议在IP 网络 上连接两个SAN的IETF标准。这项协议具有实现纠错和检测的优点：即如果IP 网络 错误率高的话，它就重试。这是在一条低性能、高错误率的IP 网络 上连接SAN的理想途径。 FC-BB是光纤通道骨干标准，它定义了跨多种类型的 网络 连接SAN的方法。FC-BB描述了一种不需要重试方法的IP封装方式：即它依赖于高层的SCSI纠错方法。这种IP封装可以在硬件中完成并可以扩展到数千兆位的速率。惟一的要求是 网络 必须速度高且错误率低。 在iFCP网关中终结光纤通道会话，并将它转换为iFCP上的TCP/IP会话。这种目的网关接收iFCP信息，启动一次光纤通道会话，然后将iFCP信息转换为光纤通道格式。对于需要保持以太网基础设施的用户来说，iFCP是一项很好的 技术 。iFCP 技术 背后的想法是利用无处不在的IP 网络 连接光纤通信设备，缺点是光纤通道 网络 目前的速度是千兆以太网的两倍的这一事实。因此，目前还不存在定义连接到光纤通道交换机端口的标准。 工业以太网 1．引言 近年来在城市污水处理的工艺中，投资少、运行灵活的SBR处理工艺得到广泛的应用。SBR（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发，并取得了较好的效果,只是由于当时的自动化水平和设备制造工艺的限制，所以没有得到推广应用。而近年来随着自动化技术及在线监测技术的飞速发展，为SBR工艺的发展和应用提供了前提条件，因为对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键，所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对自动化系统要求较高的一种工艺。SBR反应过程主要是在生物反应池内进行的，该工艺主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间，使水质达到国家规定的排放标准。 由此可见，SBR污水处理工艺是一个多参量（如液位、流量、压力、生物指标等）、多任务（如污水输送、风量控制、水泵的启停等）、多设备（如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等） 且具有随机性 、时变性和耦合性的复杂系统。因此，应由稳定可靠的数据信息交换网络与综合管理系统来进行自动化的管理，使之安全可靠地运行。 2．工业以太网PROFINET技术应用 所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。 PROFINET是Process Field Net的缩写，它是PROFIBUS客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。PROFINET是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案，它以一整套完整高性能并可升级的方式，可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFINET标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性，从而可以保护用户的投资与利益。 PROFINET可以使工程与组态、试运行、操作和维护更为便捷，并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。 这种跨越供应商的开放式标准建立在工业以太网基础之上，覆盖了工厂自动化的所有领域。依赖于现行的IT标准，并且无条件地支持TCP/IP协议，从而确保了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。 它主要包含3方面的技术： ① 基于通用对象模型（COM）的分布式自动化系统； ② 规定了PROFIBUS和标准以太网之间的开放、透明通信； ③ 提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。 PROFINET采用标准以太网作为连接介质，采用TCP/IP协议加上应用层的RPC／DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统PROFIBUS系统和新型的智能现场设备。现有的PROFIBUS网段可以通过一个代理设备（proxy）连接到PROFINET网络当中，使整套PROFIBUS设备和协议能够原封不动地在PROFINET中使用。传统的PROFIBUS设备可通过代理proxy与PROFINET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象之间的调用。 与其他现场总线相比，工业以太网应用主要有以下特点： 1） 实时通信 采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，提高了以太网通信的实时性。 2） 总线供电 采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。 3） 远距离传输 采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技术实现了以太网的远距离传输。 4） 网络安全 采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。 5） 可靠性 采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自

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