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基于工业以太网的网络智能 ROI 回报高

网络智能涉及到三个关键区域的网络最优化:可靠性、确定性和安全性。一个智能网络的例子是EtherNet/IP,它是引领开放工业网络的一员,提供了很多工业特性和对TCP/IP/UDP 标准的支持,并推出
关键词: 网络智能 工业以太网
时间:2013-08-20 21:43 来源:物联网在线 作者:IOTer 点击:

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以太网曾经被认为仅用于办公室白领的网络,但是它的蓝领兄弟-经常提到的工业以太网-正在快速地向工业现场转移。根据自动化研究与咨询顾问集团(ARC Advisory Group)的报告,以太网正成为制造控制网络的选择技术。ARC预计在下一个5年中,会有数以百万计的基于工业以太网的设备,部署到制造企业的自动化应用之中。

        在网络标准被广泛理解的今天,把以太网用于工业行业,可以获得很多收益,包括节省成本、提高信息的可用性和在工业现场广泛多领域应用中伸缩性的支持。仅仅部署一个基于以太网的工业网络还远远不够,还要维护这个网络的高性能和高安全性,所以要实施智能的以太网服务。

        网络智能涉及到三个关键区域的网络最优化:可靠性、确定性和安全性。一个智能网络的例子是EtherNet/IP,它是引领开放工业网络的一员,提供了很多工业特性和对TCP/IP/UDP 标准的支持,并推出了一系列基于工业现场的服务。

可靠性和可用性

        工业以太网是否可靠和可用,决定了制造生产的连续和持续。根据现场维护的经验,很多的网络问题出现在布线的设计和布线的安装方面。布线设计和安装要遵循的原则包括:动力线和信号线用槽架隔离或者具有标准的间隔;布线同样要躲避大功率的电机、变频器、接触器和风机等;信号线采用带屏蔽的以太网超五类线;通信采用全双工方式;屏蔽线多采用单端接地的方式;网络负载控制在35%之内;恶劣环境要使用铠装电缆;特殊环境要使用IP67等级的防水接头、端子、I/O、交换机等。

        常见的最佳实践包括:
        1. 按照标准设计工业网络的布线。
        2. 选择和使用质量良好的电缆和接头。
        3. 撰写和保存好布线设计文档。
        4. 对布线设计进行验证。
        5. 对安装的电缆、连接器、终端器进行编码和标记。
        6. 对屏蔽线进行接地和等电位连接。
        7. 安装的验证和验收测试。

        另外,如果一个网络的链接出现失效时,它还必须能够快速地恢复。两种以太网的标准支持网络冗余:生成树协议(STP)和快速生成树协议(RSTP)。设计的这些协议是为了能够使网络调整它的拓扑结构,重新定义“从A点到B点”的数据路径,用于连接网上的每个设备。在以太网上,STP应该是一个缺省特性,RSTP可以进行配置,使网络需要的恢复时间可以缩短到秒级。

        上面介绍的是用于IT网络或者说是办公室环境下以太网所使用的冗余技术,但对于工业以太网来说,秒级的恢复时间远远满足不了使用的要求。因此,最近IEC推出了IEC 62439标准:高可用性自动化网络,其中推荐了6种冗余协议,这些网络的切换时间达到了毫秒、甚至是微妙级。他们分别是:
        1. 介质冗余协议(Media Redundancy Protocol,MRP),它是基于环型拓扑的恢复协议。
        2. 并行冗余协议(Parallel Redundancy Protocol,PRP)是在设备上实现冗余的协议,终端节点连接到并行运行且具有相似特性的两个LAN上,在发送链路或交换机出现故障时,实现快速切换。
        3. 跨网冗余协议(Cross-network Redundancy Protocol,CRP)是基于网络副本规定的冗余协议,协议在终端节点内执行,与建立在交换机上的冗余网络是相对的。
        4. 信标冗余协议(Beacon Redundancy Protocol,BRP)是建立在标准以太网ISO/IEC 8802-3、IEEE 802.1技术和冗余基础结构上的网络。
        5. 分布冗余协议(Distributed Redundancy Protocol,DRP)是我国自主知识产权的实现高可用性自动化网络的技术标准。DRP基于ISO/IEC 8802-3和IEEE 802.1的标准,实现通信链路冗余。
        6. 环路冗余协议(Ring-based Redundancy Protocol,RRP)。

        用户应根据工厂的实际要求选择合适的高可用性网络。

确定性和实时性

        EtherNet/IP的运行使用我们熟悉被称为的“生产者/消费者”模型,其中智能设备把数据流发送到网络上,使得任何想要读取这个数据的设备都可以得到它。为了实现这种通信方式,EtherNet/IP使用标准TCP/IP栈中的 “多播”功能(也称组播)。根据定义,多播数据缺省地传送给网络上的每个设备。在某些自动化配置中,用户需要减少网络中的负载,可以仅在需要数据的区域或者设备,使用多播通信。

        两种智能交换特性是限制通信的基础:虚拟局域网(VLAN)和因特网组管理协议(IGMP)。VLAN限制多播传送,只能把信息传送到特定的网络。支持IGMP侦听的交换机不会把数据传送到不需要它的设备。VLAN非常容易配置,IGMP侦听需要使能,做为缺省特性。

        一个共同的误解是以太网不是一个确定性的技术。这里需要做一些澄清。使用交换机的全双工传输达到了确定性的水平,对大多数应用而言是能满足要求的,而使用集线器的半双工传输则不能提供任何等级的确定性,所以应该尽量避免使用。特别在数据传输过载的情况下,网络需要怎样配置才能确保确定性呢? 这就是服务质量(QoS)要解决的问题。

        QoS标准规定数据多了需要“排队”。排队机制可以为不同数据类型预先定义优先等级。比如,队列中的最高级别分派给关键性的数据(诸如控制信息)。这就保证了这些信息总是比其他报文更优先传输,保证控制信息在网络上的实时性,甚至在非常拥挤的时候也能维持网络性能。其他类型的通信分派给较低的优先级。比如,下一个优先级分配给报警,然后是配置、性能监视和健康诊断等。

(责任编辑:ioter)



本文链接 基于工业以太网的网络智能 ROI 回报高
http://c.iot-online.com/ETHERNET/2013/082024560.html
 
 
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