Промышленный Ethernet

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Иное название этого понятия — «IE»; см. также другие значения.
Не следует путать с EtherNet/IP.
Siemens ESM TP80 (6GK1105-3AB10) — 8-портовый (RJ45) концентратор для технологии Industrial Ethernet
В промышленных применениях вместо RJ45 могут использоваться разъемы M12 на 4 или 8 контактов

Промышленный Ethernet (также Industrial Ethernet) — Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD. Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данными между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена).

В последнее время является одной из самых распространённых промышленных сетей. Широко применяется при автоматизации зданий и в областях, не требующих высокой надёжности.

Протоколы реального времени

Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени:

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него:

  • функции синхронизации
  • новые алгоритмы сетевого обмена
  • диагностические функции
  • методы самокорректировки

Канальный и физический уровни Ethernet при этом остаются неизменными, что позволяет использовать протоколы реального времени в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого оборудования.

Сравнение протоколов

Последовательная сеть Ethernet-версия Протокол Сеть Стандарт
Modbus-RTU Modbus-TCP TCP/IP IEC 61158 и IEC 61784
Profibus PROFINET IO Isochronous Real Time protocol (IRT),
Real Time protocol (RT),
Real Time поверх UDP protocol (RTU)		 коммутатор, повторитель (роутер) и Wi-Fi,
от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с		 IEC 61158 и IEC 61784
DeviceNet (CIP); ControlNet (CIP) EtherNet/IP (CIP)[1] TCP/IP; UDP/IP коммутатор, повторитель (роутер) и Wi-Fi,
от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с		 IEC 61158 и IEC 61784; стандарт ODVA EtherNet/IP[2]
Foundation fieldbus H1 Foundation Fieldbus High Speed Ethernet (HSE)
CANopen Ethernet powerlink Ethernet 100 Мбит/c от EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group)[3]
EtherCAT EtherCAT, EtherCAT/UDP Ethernet 100 Мбит/с IEC 61158, IEC/PAS 62407, IEC 61784-3, ISO 15745-4
VARAN (Versatile Automation Random Access Network) VARAN, TCP/IP, Safety Ethernet 100 Мбит/с VARAN-BUS USER GROUP — VNO
SERCOS I / II SERCOS III Ethernet 100 Мбит/с IEC 61491, включён в IEC 61158
FL-Net (OPCN-2) UDP/IP Ethernet 10 Мбит/с от JEMA (Japan Electrical Manufacturers Association)

Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо их резервировать. Резервирование неизбежно ведет к возникновению кольцевых участков сети — замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых, так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный протокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуру сети. Этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола — Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

Отличия от обычного EtherNet

  • Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т. п.
  • Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи
  • Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC1006 (ISO Transport Service) обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объёмов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами
  • С помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева»
  • Использование протокола IEEE 1588 для синхронизации устройств в сети.

Достоинства

  • низкая цена
  • широкое распространение

Конкуренты

  • LonWorks — промышленная сеть для автоматизации зданий
  • BACnet — промышленная сеть для автоматизации зданий
  • RS-485 — самая простая и дешёвая промышленная сеть
  • CAN — промышленная сеть для транспорта и станочной автоматики
  • SERCOS III

Статьи

Примечания

  1. ↑ «IP» здесь означает «Industrial Protocol»
  2. ↑ Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 27 июня 2009. Архивировано 5 февраля 2008 года.
  3. ↑ EPSG: News & Events. Дата обращения: 14 апреля 2022. Архивировано 25 ноября 2019 года.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Промышленный_Ethernet&oldid=10387627