工業(yè)以太網(wǎng)七要素

在工廠(chǎng)生產(chǎn)層使用以太網(wǎng)之前，必須了解它的七個(gè)要素。這里，我們以Profinet標準為例，為大家一一進(jìn)行介紹。

　　1. 網(wǎng)絡(luò )布局

辦公室的網(wǎng)絡(luò )拓撲布局并不適用于工廠(chǎng)生產(chǎn)層，那里采用的是工廠(chǎng)/機器的以太網(wǎng)拓撲布局。辦公室以太網(wǎng)的基礎架構通常是由商業(yè)級的產(chǎn)品構建，它們在恒溫的環(huán)境和星型拓撲構建的交換網(wǎng)絡(luò )中可以很好地發(fā)揮作用；而與此不同，工業(yè)以太網(wǎng)架構常常要面對多變的意外情況，因此需要具有一些額外的功能，例如高速冗余等。工業(yè)以太網(wǎng)會(huì )采用多種不同的拓撲網(wǎng)絡(luò )布局方式（星型、環(huán)型、樹(shù)型、線(xiàn)型），并使用屏蔽電纜、金屬接頭，具有更高的耐熱耐震性能。此外，工業(yè)以太網(wǎng)的交換機一般由相應的自控系統集成商負責配置和維護。

　　2. 通信協(xié)議

對控制系統集成商來(lái)說(shuō)，最要緊的是要認識到以太網(wǎng)只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構，要使它能夠在自控設備間實(shí)現通信，所以你需要一個(gè)工業(yè)級的通信協(xié)議。IEEE 802.3以太網(wǎng)標準定義了接線(xiàn)方式、數據讀寫(xiě)規則和以太網(wǎng)架構的結構。雖然使用這個(gè)網(wǎng)絡(luò )標準的不同設備可以在同一網(wǎng)段里實(shí)現通信，但前提條件是它們必須采用相同的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，或者說(shuō)“通信語(yǔ)言”。Profinet是一個(gè)專(zhuān)為工業(yè)應用設計的通信協(xié)議，它為分布式I/O、機器與機器間的連通性、機器的安全性以及動(dòng)作控制提供了相應的功能。

　　3. 處理能力

這不是單純地由網(wǎng)絡(luò )速度的快慢決定的，而是如何快速精確地將數據傳輸到它該去的地方。網(wǎng)絡(luò )的處理能力毫無(wú)疑問(wèn)是最關(guān)鍵的因素之一，它的衡量標準是單位時(shí)間內的網(wǎng)絡(luò )數據傳輸量。而唯一能改進(jìn)這一性能的方法就是減少通信堆棧中循環(huán)周期的次數。Profinet通信堆棧中的循環(huán)周期次數比一個(gè)標準的以太網(wǎng)TCP/UDP工具要少十幾倍。這是由于，Profinet為一些對時(shí)間有苛刻要求的重要工作專(zhuān)門(mén)設置了一個(gè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通道，而與此同時(shí)，它的配置、診斷、路由以及“大容量數據傳輸”的通信都通過(guò)標準TCP/IP通道完成。

　　4. 網(wǎng)絡(luò )配置

網(wǎng)絡(luò )的設置簡(jiǎn)單是一方面，但更重要的是，實(shí)現通信的編程工作絕對不能太復雜。Profinet能夠通過(guò)配置而不是編程，來(lái)實(shí)現設備間的通信。通過(guò)一種對象呼應的配置設備之間內部通信的方法，而不是傳統的編程調試的方法，系統集成商和最終用戶(hù)能夠節約至少25%的建設以及調試試車(chē)的時(shí)間。

　　5. 先期計劃

僅考慮眼前的應用是不夠的，當前的以太網(wǎng)必須能滿(mǎn)足將來(lái)所有可能的應用需要。Profinet使用戶(hù)能按照自己的步調，只采用單一的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，就能實(shí)現一個(gè)高度集成的、適用于不同控制功能（如點(diǎn)對點(diǎn)通信、分布式I/O、機器安全性、動(dòng)作控制以及數據采集）的自控系統。它同樣也為今后可能的擴展進(jìn)行了準備。

　　6. 舊系統改造

工業(yè)以太網(wǎng)的要素并不僅僅局限于以太網(wǎng)本身，如何與現有網(wǎng)絡(luò )和不同供應商提供的機器集成并正常工作，是必須要考慮的問(wèn)題之一。既然Profinet使用的是標準以太網(wǎng)交換機，并采用TCP/IP的協(xié)議組件，那么基于Profinet的系統應該能適用整個(gè)自控網(wǎng)絡(luò )，而不需要另外增加高端交換機或者特殊的功能，例如IGMP snooping和VLAN。Profinet同時(shí)也提供了將不同供應商的產(chǎn)品接入同一網(wǎng)絡(luò )的解決辦法。通過(guò)XML，它將每個(gè)機器作為一個(gè)部件來(lái)處理，相對獨立于內部核心的控制系統，這就是以部件為控制單位的自動(dòng)化概念。

　　7. 費用

對工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，最重要的費用支出并不是構建網(wǎng)絡(luò )的組件，而是設計、安裝和維護的部分。Profinet和其他類(lèi)似的工業(yè)以太網(wǎng)構架采用IT技術(shù)的成果，例如OPC和SNMP，來(lái)監視和顯示網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)。此外，它的診斷功能能夠將網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)直接在包括PLC和SCADA系統在內的自控系統上反映出來(lái)。這樣組態(tài)設置和故障查找都可以在中央控制室內完成，大大簡(jiǎn)化了操作。