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: Profinet EtherCAT Ethernet powerlink EtherNet/IP SERCOS III LAN eXtensions for Instrumentation
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)«IP» здесь означает «Industrial Protocol» 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 Foundation fieldbus H1 Foundation Fieldbus High Speed Ethernet (HSE) CANopen Ethernet powerlink Ethernet 100 Мбит/c от EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group) 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 Кузьмин Ю. Б. Типовой проект автоматизации технологических процессов на базе технологии Industrial Ethernet. Журнал «Промышленные АСУ и контроллеры» № 1 2005 г.
Примечания
Ссылки Ассоциация — Промышленный Ethernet Ethernet как Real-Time Technology Руководство по тестированию и диагностике сетей Industrial Ethernet
Категория:Промышленная автоматика Категория:Промышленные сети Категория:Industrial Ethernet