今天的控制系统和工厂自动化系统,以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解,大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是,IT工程师们对于以太网的了解,往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验,可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化,不能真正理解工业以太网在工业现场的意义,也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能,常常造成工业以太网现场实施的不彻底,给整个控制系统留下不稳定因素。

  那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素?简单的来说,要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求,则需要考虑所选择产品的高级功能如:信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同,自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求,挑选适合自己系统的工业以太网产品。

  由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求,工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM),都有各自不同的优势和特点,控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点,让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。

  集线器 (Hub)

  相信绝大多数人都熟悉集线器。很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备,如个人计算机,可编程控制器等。集线器接收到来自某一端口的消息,再将消息广播到其它所有的端口。对来自任一端口的每一条消息,集线器都会把它传递到其它的各个端口。在消息传递方面,集线器是低速低效的,可能会出现消息冲突。然而,集线器的使用非常简单-实际上可以即插即用。集线器没有任何华而不实的功能,也没有冗余功能。

  非管理型交换机 (Unmanaged Switch)

  集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能,相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外,它具有一种称为“MAC地址表”的功能,能识别和记忆网络中的设备。换言之,如果端口2收到一条带有特定识别码的消息,此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突,提高了传输性能,相对集线器是一次巨大的改进。然而,非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。

  管理型交换机 (Managed Switch)

  以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机,管理型交换机拥有更多更复杂的功能,价格也高出许多-通常是一台非管理型交换机的3~4倍。管理型交换机提供了更多的功能,通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互,用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能,因此手动配置功能是必不可缺的。

  绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能,如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议),用于诊断的端口映射,用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网),用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机,可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构,管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径,当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。