工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的比較
近年來,智能化的浪潮越來越熱,人們更多的將目光聚焦于高科技,市面上也出現(xiàn)了很多的機器人產品,形態(tài)各異,給我們的生產生活帶來了很大的便利,前景非常令人期待。在機器人產品不斷完善的過程中,機器人的配件起著不可忽視的作用。
工業(yè)以太網(wǎng)介紹?什么是工業(yè)以太網(wǎng)?工業(yè)以太網(wǎng)是指技術上與商用以太網(wǎng)兼容,但在產品設計上,在實時性、可靠性、環(huán)境適應性等方面滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,是繼現(xiàn)場總線之后發(fā)展起來的,很受認同同時富有發(fā)展前景的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡。其本質就是太網(wǎng)技術辦公自動化走向工業(yè)自動化。?
工業(yè)以太網(wǎng)的一個重要應用是交換機,即應用于工業(yè)控制領域的以太網(wǎng)交換機設備,由于采用的網(wǎng)絡標準其開放性好、應用廣泛;能適應低溫高溫,抗電磁干擾強,防鹽霧,抗震性強。
以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別
工業(yè)以太網(wǎng)是指技術上與商用以太網(wǎng)兼容,但在產品設計上,在實時性、可靠性、環(huán)境適應性等方面滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,是繼現(xiàn)場總線之后發(fā)展起來,最被認同也最具發(fā)展前景的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡。
工業(yè)以太網(wǎng)的本質就是以太網(wǎng)技術辦公自動化走向工業(yè)自動化。
【操作要求】
1.工業(yè)生產環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在,要求工業(yè)級的產品具有氣候環(huán)境適應性,并要求耐腐蝕、防塵和防水。
2.工業(yè)生產現(xiàn)場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在,需要采取防爆措施保證安全生產。
3.工業(yè)生產現(xiàn)場的振動、電磁干擾大,工業(yè)控制網(wǎng)絡必須具有機械環(huán)境適應性(如耐振動、耐沖擊)、電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性(EMC)等。
4.工業(yè)網(wǎng)絡器件的供電,通常是采用柜內低壓直流電源標準,大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內所需電源為低壓24V直流。
5.采用標準導軌安裝,安裝方便,適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求,工業(yè)網(wǎng)絡器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內,并容易更換。
以太網(wǎng)產生延遲的主要原因是沖突,其原因是它利用了CSMA/CD技術。在傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡中,由于以太網(wǎng)中所以的站點,采用相同的物理介質相連,這就意味著2臺設備同時發(fā)出信號時,就會出現(xiàn)信號見的互相沖突。為了解決這個問題,以太網(wǎng)規(guī)定,在一個站點訪問介質前,必須先監(jiān)聽網(wǎng)絡上有沒有其他站點在同時使用該介質。如果有則必須等待,此時就發(fā)生了沖突。為了減少沖突發(fā)生的幾率,以太網(wǎng)常采用1-持續(xù)CSMA,非持續(xù)CSMA,P-持續(xù)CSMA的算法2。
由于以太網(wǎng)是以辦公自動化為目標設計的,并不完全符合工業(yè)環(huán)境和標準的要求,將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)用于工業(yè)領域還存在著明顯的缺陷。但其成本比工業(yè)網(wǎng)絡低,技術透明度高,特別是它遵循IEEE802.3協(xié)議為各現(xiàn)場總線廠商大開了方便之門。
以太網(wǎng)的缺陷
1、確定性
由于以太網(wǎng)的MAC層協(xié)議是CSMA/CD,該協(xié)議是的網(wǎng)絡上存在沖突。對于一個工業(yè)網(wǎng)絡,如果存在著大量的沖突,就必須多次重發(fā)數(shù)據(jù),使得網(wǎng)絡間通信的不確定性大大增加,帶來系統(tǒng)控制性能的降低。
2、實時性
在工業(yè)控制系統(tǒng)中,在一個事件發(fā)生之后,系統(tǒng)必須在一個可以準確預見的時間范圍內作出反應。而工業(yè)上對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求非常高,數(shù)據(jù)的更新是在數(shù)十毫秒完成。而以太網(wǎng)的CSMA/CD機制,當發(fā)生沖突時重發(fā)數(shù)據(jù),可以嘗試16次,這種解決沖突的機制是以付出時間為代價的。
而設備的掉線,可能會造成重大的設備或者人身安全事故。
3、可靠性
以太網(wǎng)是為商業(yè)設計的,但應用到工業(yè)現(xiàn)場,面對惡劣的工況、嚴重的線間干擾,必然降低其可靠性。所以工業(yè)網(wǎng)絡要求具有高的可靠性,可恢復性以及可維護性。
工業(yè)以太網(wǎng)的解決機制
1、交換技術
將共享的局域網(wǎng)進行有效的沖突域劃分機制。各個領域之間用交換機連接,減少沖突問題和錯誤傳輸。這樣可以盡量避免沖突的發(fā)生,提高系統(tǒng)的確定性。
2、高速以太網(wǎng)
沖突的發(fā)生與負載有關,負載越大,發(fā)生沖突的概率越大。提高以太網(wǎng)的通訊速度,可以有想降低網(wǎng)絡的負荷。
3、IEEE1588對時機制
IEEE1588定義了一個在測量和控制網(wǎng)絡中,與網(wǎng)絡交流、本地計算和分配對象有關的精確同步時鐘的協(xié)議(PTP)。此協(xié)議并不是排外的,但是特別適合于基于以太網(wǎng)的技術,精度可達微秒范圍。它使用時間印章來同步本地時間的機制。即使在網(wǎng)絡通信時同步控制信號產生一定的波動時,它所達到的精度仍可滿足要求。這使得它尤其適用于基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)。通過采用這種技術,以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議不需要大的改動就可以運行于高精度的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)之中。在區(qū)域總線中它所達到的精度遠遠超過了現(xiàn)有各種系統(tǒng)。此外,在企業(yè)的各層次中使用基于以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡技術有著巨大的優(yōu)勢。