北华航天工业学院毕业论文
2.2 以太网应用与工业自动化中的关键问题及发展方向
1.以太网实时通信服务
交换式以太网、全双工以太网和虚拟局域网技术的出现，以及自适应的100Mbit/s快速以太网的成功运行降低了以太网响应时间过长，吞吐量低、冲突率高的不利影响，使得以太网也可以应用于实时性要求较高的工业控制领域。在PROFInet V2.0中，采用加入实时通道的技术，减小处理通信栈所需的时间，极大地改善了网络的影响，是网络实时性得到根本性的改善。
2.统一的应用层、用户层系以规范
工业自动化系统包括数据传输的通信和指令传输的通信，为了满足通信一致性和可互操作性，需要制定统一的协议规范，以满足开放系统的要求。
3.网络可用性
即网络生存性，包括工业以太网的可靠性、可恢复性、可维护性等。即保证一个网络系统中任何组件发生故障时，不会导致应用程序、操作系统，甚至网络系统的崩溃瘫痪。环形冗余以太网技术的发展在一定程度上解决了可靠性的问题。
4.与IT技术结合
目的是建立现场级和管理级以及工程设计系统和操作员系统之间统一的通信网络，并将这些总线网络集成到IT网络之中，用户可以从中央部门通过Internet网络执行上层管理任务。
5.应用在工业现场过程控制底层
建立现场车间级生产信息网络，对现场设备，如生产设备、测试设备、条形器、PC及以太网设备进行控制，完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。
2.3 以太网为用户带来的利益
以太网以高达80﹪的市场占有率毫无疑问的成为当今LAN（局域网）领域中首屈一指的网络。以太网的优越性能，为用户带来巨大的利益：
? 简单的连接系统，调试快速；
? 灵活性高，可扩展现有的设备而不影响系统运行；
? 借助于冗余网络拓扑结构提供高可用性，面向未来的兼容扩展性，保护投资的安
全性；
? 通过交换技术可缩放的性能，提供高度可扩展的通信性能； ? 不同应用领域的联网，例如办公室环境和生产应用环境的联网；
? 通过接入WAN（广域网）可实现世界范围内和公司之间的通行，例如ISDN(综合
服务数字网)或Internet；
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? 工业以太网作为基于组件的自动化（CBA——Component Based Automation）的基
础，发展出PROFIBUS用户组织（PI——PROFIBUS International，PROFIBUS国际组织）的PROFINET。
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第3章 西门子工业以太网
西门子公司在工业以太网领域有着丰富的经验和领先的解决方案。其中SIMATIC NET工业以太网基于经过现场验证的技术，符合IEEE802.3标准并提供10Mbit/s以及10010Mbit/s快速以太网技术。经过多年的实践，SIMATIC NET工业以太网的应用已多于400 000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，并包括由高强度电磁干扰的地区。如图3-1所示。
图3-1 工业以太网
3.1什么是SIMATIC NET
西门子公司通过SIMATIC NET提供了开放的、适用于工业环境下各种控制级别的不同的通信系统。这些通信系统均基于国家和国际标准，符合ISO/OSI网络参考模型。
SIMATIC NET包括以下内容：
? 组成通信网络的媒介、媒介附件和传输组件以及相应的传输技术 ? 数据传输的协议和服务
? 用于连接PLC或PC的通信模板
3.2 SIMATIC NET工业以太网
1.基本类型
（1）10Mbit/s工业以太网 应用基带传输技术，基于IEEE802.3，利用CSMA/CD介质访问方法的单元级、控制级传输网络。传输速率为10Mbit/s，传输介质为同轴电缆、屏蔽双绞线或光纤。
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（2）100Mbit/s快速以太网 基于以太网技术，传输速率为100Mbit/s，传输介质为屏蔽双绞线或光纤。
2.网络硬件
（1）传输介质 网络的物理传输介质主要根据网络连接距离、数据安全以及传输速率来选择。通常在西门子网络中使用的传输介质包括：
? 2芯电缆，无双绞，无屏蔽（例如：AS-interface bus） ? 2芯双绞线，无屏蔽
? 2芯屏蔽双绞线（例如：PROFIBUS） ? 同轴电缆（例如：Industrial Ethernet） ? 无线通信（例如：红外线和无线电通信）
在西门子工业以太网中，通常使用的物理介质是屏蔽双绞线（TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）以及光纤。
（2）网络部件
①工业以太网链路层模块OLM、ELM
依照IEEE802.3标准，利用电缆和光纤技术，SIMATIC NET连接模块使得工业以太网的连接变的更为方便和灵活。
硬件特性
OLM（光链路模块）有3个ITP接口和两个BFOC借口。ITP接口连接3个终端设备或网段，BFOC接口可以连接两个光路设备（如OLM等），速度为10Mbit/s。如图3-2所示。
ELM（电气链路模块）有3个ITP接口和1个AUI接口。通过AUI接口，可以将网络设备连接至LAN，速度为10Mbit/s，如图3-3所示。
图3-2 工业以太网OLM 图3-3工业以太网ELM
②工业以太网交换机OSM、ESM 工业以太网交换机OSM/ESM（Optical/Electrical Switch Module）可以连接更多的站点，将以太网扩展到更大的范围。
OSM的产品包括：OSM TP62、OSM TP22、OSM ITP53、OSM ITP62-LD和OSM BC08。从型号就可以确定OSM的连接端口类型及数量，如OSM ITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP电缆接口，“6”代表电气接口数量，这里指带有6个ITP电缆接口，“2”代表光缆接口数量，LD代表长距离，如图3-4所示。
ESM的产品包括：ESM TP40、ESM TP80和ESM ITP80，命名规则和OSM相同。图3-5为ESM TP80。
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图3-4 OSM ITP62-LD 图3-5 ESM TP80
OSM/ESM的基本功能： ? 提高网络性能
? 简化网络配置和网络扩展 ? 限制错误帧的影响 ? 地址学习 ? 地址删除
? 设置传输波特率及自适应 ? 数据包的VLAN优先权标签 OSM/ESM网络拓扑 ? OSM总线型
OSM支持总线型拓扑，通过光纤接口，最多可以有50个OSM级联在同一总线上，如图3-6所示。
图3-6 OSM的以太网总线拓扑结构
1—ITP标准电缆9/15 2—TP软线9/RJ-45 3—光缆
OSM环形拓扑，如图3-7所示。
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