Industrial Ethernet Anwendungseigenschaften im industriellen Bereich

- Aug 22, 2018-

I. Überblick

Wie wir alle wissen, ist in den Informationssystemen von Unternehmen das Ethernet zum De-facto-Standard-Netzwerk geworden. Die industrielle Echtzeitsteuerung ist eine Erweiterung des traditionellen Ethernet und hilft den Anwendern beim Aufbau offenerer und integrierter industrieller Automatisierungs- und Informationsnetzwerke. Industrial Ethernet-Technologie, die eine Kombination aus Standard-Ethernet und allgemeinen industriellen Protokollen ist. Er erfüllte zunächst die Echtzeitanforderungen der industriellen Automatisierung. Das ursprüngliche Ethernet CSMA / CD konnte die industriellen Echtzeitanforderungen nicht erfüllen. Zu dieser Zeit wurden hauptsächlich das Feldbus- und Token-Ring-Netzwerk verwendet. Mit der Verbesserung der Technologie war der Wechsel in Echtzeit. Aspekte haben alle industriellen Anwendungsanforderungen von hochpräziser Zeitsynchronisation (+ -100 ns), verteilte Servosteuerung, diskrete Steuerung, Prozesssteuerung bis zu Sicherheitssystemen und Unterstützung vor Ort und Fernüberwachung, Diagnose und Konfiguration erfüllt; Selbstverständlich können EtherNet / IP-Produkte auch andere Standard-Ethernet-Dienste wie HTTP, SNMP, etc. nutzen. Das bedeutet, dass Industrieautomation und Unternehmensinformationssysteme direkter integriert werden, ohne dass beispielsweise eine zusätzliche Programmierung erforderlich ist Einfache Konfiguration, Diagnose und Überwachung von Anlagen über einen Webbrowser. Darüber hinaus spezifiziert EtherNet / IP auch die EMV- und Installationsschutzstufen, um die strikte Anpassung der EtherNet / IP-Produkte an die industrielle Umgebung sicherzustellen.

Zweitens, die Eigenschaften der industriellen Ethernet-Technologie

2.1 Kommunikationssicherheit und Echtzeit

Die größte Eigenschaft von industriellen Steuernetzwerken, die sich von gewöhnlichen Datennetzen unterscheiden, besteht darin, dass sie die Echtzeitanforderungen von Steuerfunktionen erfüllen müssen, dh die Signalübertragung ist schnell genug und die Signalgewissheit ist erfüllt. Die Echtzeitsteuerung erfordert oft eine genaue zeitgesteuerte Aktualisierung der Daten für bestimmte Variablen. Da EtherNet den CSMA / CD-Modus annimmt und die Netzwerkbelastung groß ist, kann die Unsicherheit der Netzwerkübertragung die Echtzeitanforderungen der industriellen Steuerung nicht erfüllen. Daher ist es bei der traditionellen Ethernet-Technologie schwierig, die Echtzeitanforderungen einer genauen Timing-Kommunikation, die von Steuersystemen benötigt wird, zu erfüllen. "nicht-deterministisches" Netzwerk. Die Entwicklung von Fast-Ethernet- und Switched-Ethernet-Technologie hat jedoch neue Möglichkeiten zur Lösung des Problems der Nicht-Deterministik von Ethernet eröffnet, das diese Anwendung ermöglicht. Erstens hat sich die Kommunikationsrate von EtherNet von 10M, 100M auf die heutigen 1000M, 10G, erhöht. Im Fall des gleichen Datendurchsatzes bedeutet die Erhöhung der Kommunikationsrate die Verringerung der Netzwerklast und die Verringerung der Netzwerkübertragungsverzögerung, d. H. Eine Netzwerkkollision. Die Wahrscheinlichkeit ist stark reduziert. Zweitens teilt die Vermittlungsstelle unter Verwendung einer Sternnetz-Topologie das Netzwerk in mehrere Netzwerksegmente ein. EtherNet-Switches haben die Funktionen der Datenspeicherung und -weiterleitung, so dass die zwischen Ports eingehenden und ausgehenden Datenrahmen gepuffert werden können und nicht mehr kollidieren; Gleichzeitig kann der Switch auch die im Netzwerk übertragenen Daten filtern, um jedes Netzwerksegment zu bilden. Die Übertragung von Daten zwischen Knoten ist auf das lokale Netzwerksegment beschränkt, ohne das Backbone-Netzwerk zu durchlaufen oder die Bandbreite anderer Netzwerksegmente zu belegen. Dadurch wird die Netzwerkbelastung aller Netzwerksegmente und Backbone-Netzwerke reduziert. Wieder ermöglicht die Vollduplex-Kommunikation, dass zwei Paare verdrillter Paare (oder zwei Fasern) gleichzeitig Nachrichtenrahmen zwischen den Anschlüssen ohne Konflikt empfangen und übertragen können. Daher kann die Verwendung von Switching-Hubs und Vollduplex-Kommunikation dazu führen, dass die Kollisionsdomäne im Netzwerk nicht mehr existiert (Vollduplex-Kommunikation) oder die Kollisionswahrscheinlichkeit stark reduziert wird (Halbduplex), wodurch die EtherNet-Kommunikation deterministisch wird Echtzeit stark verbessern.

2.2 Stabilität und Zuverlässigkeit

Traditionelles EtherNet ist nicht für industrielle Anwendungen ausgelegt und berücksichtigt nicht die Anpassungsfähigkeit der industriellen Feldumgebung. Aufgrund der extrem harten Bedingungen von Maschinen, Klima, Staub und anderen Bedingungen auf dem Industriegelände werden höhere Anforderungen an die industrielle Zuverlässigkeit der Anlagen gestellt. In einer Fabrikumgebung müssen industrielle Netzwerke eine gute Zuverlässigkeit, Wiederherstellbarkeit und Wartbarkeit aufweisen. Um das Problem zu lösen, dass das Netzwerk unter den extremen Bedingungen im Bereich der unterbrechungsfreien industriellen Anwendungen stabil arbeiten kann, hat sich Maiwei auf die Entwicklung und Produktion von industriellen Ethernet-Switches auf Standard-DIN-Schienen spezialisiert und unterstützt die redundante Stromversorgung.

2.3 Sicherheit

Netzwerksicherheit für industrielle Systeme ist ein weiteres Sicherheitsproblem, das für industrielle Ethernet-Anwendungen in Betracht gezogen werden muss. Industrial Ethernet kann das traditionelle dreischichtige Netzwerksystem des Unternehmens integrieren, nämlich die Informationsmanagementschicht, die Prozessüberwachungsschicht und die Feldgeräteebene, so dass die Datenübertragungsrate schneller ist, die Echtzeitperformance höher ist und die System kann nahtlos in das Internet integriert werden. Realisieren Sie die gemeinsame Nutzung von Daten und verbessern Sie die Effizienz des Betriebs der Fabrik. Es führt jedoch auch eine Reihe von Cybersicherheitsproblemen ein. Industrielle Netzwerke können Netzwerksicherheitsbedrohungen wie Virusinfektionen, Hacker-illegalem Eindringen und illegalen Operationen unterliegen. Unter normalen Umständen können das industrielle Netzwerk und das externe Netzwerk isoliert werden, indem ein Gateway oder eine Firewall verwendet wird, und das Sicherheitsmanagement des Netzwerks kann durch verschiedene Sicherheitsmechanismen, wie etwa Autoritätssteuerung und Datenverschlüsselung, verstärkt werden.

2.4 Probleme mit der Bus-Stromversorgung

Bus-Power (oder Bus-Feed) bedeutet, dass das mit dem Feldgerät verbundene Kabel nicht nur Datensignale überträgt, sondern auch die Feldgeräte mit Betriebsspannung versorgt. Die folgenden Methoden können verwendet werden, um die Feldgeräte mit Strom zu versorgen:

(1) Basierend auf dem aktuellen Ethernet-Standard wird die physikalische Spezifikation der physikalischen Schicht in geeigneter Weise modifiziert, und das Manchester-Signal des Ethernets wird auf eine Gleichstrom- oder Niederfrequenz-Wechselstromversorgung moduliert, und die beiden Signale werden an dem Feldgerät getrennt Ende.

(2) Das Feldgerät wird durch das freie Kabel im Verbindungskabel mit Strom versorgt, ohne die Struktur der aktuellen physikalischen Schicht zu verändern.

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Ein paar:Struktur von FTTX (3) Der nächste streifen:Wie wichtig ist das Kabel für das Poe-Netzteil?