以太網(wǎng)應(yīng)用在現(xiàn)場總線中
| 之外，為了分辨無效幀，以太網(wǎng)還有可能造成帶寬浪費(fèi)；不符合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求；不具備本質(zhì)安全性能；不能通過信號(hào)線向現(xiàn)場儀表供電等缺陷，因此以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域方面的應(yīng)用很有限。 六、交換式以太網(wǎng)及其發(fā)展 交換式以太網(wǎng)是根據(jù)提高以太網(wǎng)的傳輸效率，盡可能的減少總線競爭這個(gè)思想開發(fā)出來的新型以太網(wǎng)。它采用星形布線方式，所有節(jié)點(diǎn)都分別連接到一個(gè)交換式集線器的端口上，交換式集線器內(nèi)置一個(gè)復(fù)雜的交換陣列，任何兩個(gè)端口之間都可以建立起一個(gè)傳輸信道，以標(biāo)稱傳輸速度、傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是不存在總線競爭，能顯著的提高系統(tǒng)的傳輸效率。缺點(diǎn)不易控制******傳輸時(shí)延。為了促進(jìn)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)（Industrial Ethemet Association），并積極開展了工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。為解決以太網(wǎng)在無間斷過程工業(yè)領(lǐng)域的極端條件下穩(wěn)定工作，世界上一些大型企業(yè)專門開發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式收發(fā)器系列、集線器系列和交換機(jī)系列，它們安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電；接插件采用牢固的DB一9結(jié)構(gòu)。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，通過網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)必須在確定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地，此即所謂網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間確定性。如PID調(diào)節(jié)器通過網(wǎng)絡(luò)從現(xiàn)場變送器收集數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，為了實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)PR）調(diào)節(jié)，各調(diào)節(jié)回路需要有非常一致的采樣時(shí)間，而且這些時(shí)間必須是確定的。對于這樣的實(shí)時(shí)控制，通常要求網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間延遲小于2 ms～4ms。長時(shí)間的通信將惡化對象特性，使控制系統(tǒng)品質(zhì)下降。由于以太網(wǎng)時(shí)問的不確定性，現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線采用一種稱作連接裝置（Linking Device）的類似帶有開關(guān)的集線器結(jié)構(gòu)，很好地解決了以太網(wǎng)的時(shí)間確定性問題。 美國電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）正著手制定現(xiàn)場裝置與以太網(wǎng)通信的新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)能夠使網(wǎng)絡(luò)直接“看到”對象（0bject）。這為以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制現(xiàn)場打下了基礎(chǔ)。目前，現(xiàn)場總線系統(tǒng)如Profihus，DeviceNet，C0ntmlnet和LJonworks等都打算使用以太網(wǎng)。一些大公司正在研究通過一種稱作管道（tunnel）的簡單傳遞機(jī)構(gòu)使用以太網(wǎng)絡(luò)傳送報(bào)文。這種方法簡單可行，現(xiàn)場裝置保持不變，僅需要一個(gè)專用的以太網(wǎng)絡(luò)接口取代原來的總線驅(qū)動(dòng)器就可完成與以太網(wǎng)的連接。過去，一些生產(chǎn)PLC為主的公司都使用以太網(wǎng)完成信息級(jí)通信，其中西門子公司的SLMATIC NET則將工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用到車間級(jí)，該公司有著將工業(yè)以太網(wǎng)向下層通信應(yīng)用的趨勢。此外，生產(chǎn)DCS公司的投入促進(jìn)了將以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于過程自動(dòng)化的監(jiān)控級(jí)，如Foxbor0公司將以太網(wǎng)用于Modbus。由此可以預(yù)見，像當(dāng)年代機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，以太網(wǎng)/IP將會(huì)十分迅速地進(jìn)人工業(yè)控制系統(tǒng)的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)。 七、以太網(wǎng)通信的發(fā)展lPv6簡介 互聯(lián)網(wǎng)使用初期制定的IP地址方案（IPv4）由四組數(shù)據(jù)組成。隨著以太網(wǎng)/IP的通信在工控和管理的應(yīng)用，將引起IP地址的重復(fù)或不足。為解決IP地址“升位”的問題，IEEE在90年代早期開始了一些嘗試，第一個(gè)成果是在1995年出版的RFC l 752 （RFC Requests for Comments），描述了稱為下一代FP （LP Next Generation。IPNG）的要求，并在一些輔助性文件中描述了新協(xié)議的報(bào)頭、路由、地址以及安全性方面的特征。以后出現(xiàn)了更多的RFC，例如RFCl883，并且該協(xié)議已被官方重新命名為“Internet協(xié)議版本6”（Intemet pr0．tocol version 6，IPv6）。 在IPv6上增加的內(nèi)容中值得關(guān)注的幾點(diǎn)是： 它提供更大的地址空間，IPv6地址有128字節(jié)長； 它通過路由器提供更快的IPv6報(bào)頭處理，并且報(bào)頭也變長了（IPA是20節(jié)，IPv6是40字節(jié)）。大多數(shù)不用路由器處理的選項(xiàng)被移入單獨(dú)的擴(kuò)展報(bào)頭中； 它定義了LP數(shù)據(jù)包提供身份驗(yàn)證、保密集成的機(jī)制。 它為應(yīng)用程序提供了一種標(biāo)記IP數(shù)據(jù)包的方法，該數(shù)據(jù)包需要特殊處理。使用此版本的典型應(yīng)用程序包括多媒體應(yīng)用程序和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。IPV6地址的長度為128，一個(gè)節(jié)點(diǎn)能有多個(gè)接口因此就有多個(gè)IP地址。一個(gè)接口也能有多個(gè)IP地址。IM提供的地址類型有三種：單點(diǎn)傳送地址、多點(diǎn)傳送地址和任意點(diǎn)傳送地址。IPv6為動(dòng)態(tài)IP分配提供了兩種機(jī)制：一種與“動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議”相似，在這種機(jī)制中，客戶向配置服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器從預(yù)配置池中取出一個(gè)值賦給它，也把這種方法稱為“用狀態(tài)配置”。服務(wù)器保持狀態(tài)信息并在限定的時(shí)間內(nèi)把地址租給用戶，用戶能夠重新租用地址，如果有足夠的地址，客戶將分配到與上次相同的地址。第二種機(jī)制是一個(gè)“無狀態(tài)”機(jī)制。在這種機(jī)制下，客戶通過使用像“以太網(wǎng)”卡地址這樣的標(biāo)識(shí)符來生成IP地址。一個(gè)IM主機(jī)可能沒有代碼來分辨地址類型。另一方面，一個(gè)IPv6路由器可能完全理解不同的地址類型，并且根據(jù)不同的地址類型采取不同的行動(dòng)。 總之通過認(rèn)識(shí)現(xiàn)場總線應(yīng)用應(yīng)注意的問題，并理解以太網(wǎng)通信原理，相信我們可以很好地將現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)結(jié)合起來，更好的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制中。 |
