工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中的快速Ethernet(05-100)

　　隨著(zhù)人們希望和必須采用Internet 協(xié)議基通信的要求增加,對于工業(yè)Ethernet方案的需要也在增加。工業(yè)用戶(hù)不再僅僅滿(mǎn)足于RS-232或RS-485數據傳輸。他們需要Ethernet連接器帶來(lái)的好處。Ethernet把每個(gè)數據采集節點(diǎn)視為IP地址或Web頁(yè),使其成為工業(yè)用戶(hù)的理想通信平臺。隨著(zhù)當今Ethernet成為最廣泛采用的可用網(wǎng)絡(luò ),將來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )會(huì )包含更多的Ethernet。

　　工業(yè)Ethernet首要和最明顯的要求是它必須提供可靠和可測的數據傳遞。對于工業(yè)應用,在OSILayer1(物理層)和Layer2(數據鏈路)存在不同的問(wèn)題和方案。網(wǎng)絡(luò )標準(如Modbus TCP/IP, Ethernet IP,Profibns)采用Layers3和熟悉的OSI網(wǎng)絡(luò )模式尋址可測的數據傳遞?？烧J為Ethernet為這些標準的使用工具,其最終應用決定最好的協(xié)議。

　　構成星配置

　　當Ethernet引入到工業(yè)裝置時(shí),往往用星配置中現有的開(kāi)關(guān)或插口,從多端口開(kāi)關(guān)到很多終端分配信息包。用戶(hù)有時(shí)所需的節點(diǎn)多于多端口開(kāi)關(guān)可得到的節點(diǎn),或需要放置分布數據系集節點(diǎn)所處的距離大于開(kāi)關(guān)處所提供的100米。銅線(xiàn)Ethernet(10BASE-T,100BASE-FX)標定信號傳輸距離為100米。

　　有時(shí)更長(cháng)距離的傳輸采用光纖100BASE-FX,通?？蓴U展到2000米。替代傳統星配置的一種方法是增加Ethernet節點(diǎn)的一個(gè)菊花鏈網(wǎng)絡(luò )(圖1)。借助菊花鏈采用銅線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )擴展距離,勝過(guò)安裝光纖基系統的成本問(wèn)題。但是,有兩個(gè)問(wèn)題需要解決。第一個(gè)問(wèn)題是經(jīng)過(guò)多開(kāi)關(guān)的數據延遲,第二個(gè)問(wèn)題是安裝中環(huán)路產(chǎn)生的危險(這會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )失效)。

 

　　圖1 傳統星配置與基于菊花鏈網(wǎng)絡(luò )點(diǎn)配置的比較

　　定時(shí)

　　在工業(yè)應用中,用較高級的協(xié)議(如IEEE1588)可能增加信息延遲和決定性的傳遞,在Ethernet網(wǎng)絡(luò )中采用UDP(用戶(hù)數據報協(xié)議)IP信息包。通常,感測節點(diǎn)用IEEE1588時(shí)鐘,有兩種方法：一種方法是在數據被采集時(shí)刻產(chǎn)生時(shí)間標記;另一種方法是比較IEEE1588時(shí)鐘時(shí)間與特定的觸發(fā)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生一個(gè)采集觸發(fā)?？偟膩?lái)說(shuō),100Mbit/s Ethernet提供合適的吞吐量傳遞消息到時(shí)基,所以,理論上保證這種傳遞。

　　環(huán)路的引入在工業(yè)中也是一個(gè)可以解決的問(wèn)題。若多通路中經(jīng)多余的消息通路導致在一個(gè)節點(diǎn)上重疊信息包的接收,則多通路可能使Ethernet網(wǎng)絡(luò )失效?；诖嗽?在傳統Ethernet網(wǎng)絡(luò )中不允許環(huán)路和多余通路。然而,當今大多數智能開(kāi)關(guān)采用跨越樹(shù)來(lái)從事多余通路和促使數據指向合適的方向。

　　跨越菊花鏈的樹(shù)結構

　　若在每個(gè)菊花鏈節點(diǎn)上實(shí)現跨越樹(shù),則一個(gè)非常健全冗余Ethernet網(wǎng)絡(luò )采用的形式允許通路冗余。這使得工業(yè)網(wǎng)絡(luò )具有多個(gè)可用的通路,在任何時(shí)間僅有一個(gè)通路有效?？缭綐?shù)協(xié)議工作是靠閉鎖選擇的多余通路,但是,若斷開(kāi)或切斷一條纜線(xiàn),也能夠快速地改變通路,總的來(lái)說(shuō),節點(diǎn)級的跨越樹(shù)允許重新配置節點(diǎn)間的通路。