《工业互联网网络互联技术》 课件 项目三 任务2 运用工业以太网技术

任务2运用工业以太网技术任务描述：工业以太网是以太网技术应用于工业环境的企业信息网络，基于强大的IEEE802.3协议，被广泛应用于工业以太控制网络以及实时以太网。本任务主要围绕工业以太网、实时以太网等进行介绍，为读者具备后续搭建小型工业以太网网络提供运用工业以太网技术的能力。任务2运用工业以太网技术1.认识工业以太网 工业以太网是一种基于以太网技术专为工业应用而设计的网络技术。它与传统的以太网相比，工业以太网在传输速度、实时性、可靠性、抗干扰性等方面进行了优化和增强。它通过在物理、数据链路和应用层等方面加入高效性和稳定性的元素，以满足工业现场环境下的数据传输和通信需求。任务2运用工业以太网技术工业以太网的重点在于:利用交换式以太网技术为控制器和操作站、各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制，并与上层信息网络无缝集成。工业以太网既有与信息网络相同的特点和安全要求，也有自己不同于信息网络的显著特点和安全要求。任务2运用工业以太网技术例如：工业以太网是一个网络控制系统，它对实时性要求高、网络传输要有确定性；工业以太网中的周期与非周期信息同时存在，对周期信息的传输通常具有顺序性要求，而对非周期信息有优先级要求；工业以太网同时具有实时协议和非实时协议，它要为紧要任务提供最低限度的性能保证服务，同时也要为非紧要任务提供尽力服务。任务2运用工业以太网技术工业以太网主要应用协议包括EtherCAT、ProfiNet、ModbusTCP、CC-LinkIE、Ethernet/IP等。EtherCAT（以太网工控自适应技术）是一种高速、实时性能优异的工业以太网总线协议。它支持数据的广播式传输以及延迟时间极短的同步传输，能够实现低延迟、高实时性的数据采集和控制。任务2运用工业以太网技术ProfiNet（过程自动化以太网）是西门子开发的一种工业以太网通信协议，具有高速、实时性好、可靠性高等特点，支持多种设备的适配和互联，广泛应用于自动化生产过程中的工业控制和数据通信系统。Modbus-TCP是一种基于TCP/IP网络的Modbus协议，适用于数据量较小的工业控制领域，具有高效率、易实现、性价比高等特点，已成为工业自动化领域的标准协议。任务2运用工业以太网技术CC-LinkIE是一种CCLink工业以太网协议，具有高速、实时性好、带宽大的特点，是工业自动化控制领域最为流行的以太网协议之一。Ethernet/IP是一种基于以太网的协议，是控制和数据采集在工业自动化过程中的标准协议之一。它结合了以太网、TCP/IP协议、用户数据报协议等，优化了数据传输和控制过程。任务2运用工业以太网技术除了以上协议外，还有如Powerlink、Modbus-IDA、SercosIII等协议在工业以太网应用中也有一定的影响和应用。这些协议在功能和性能方面略有不同，适用于不同的应用场景。任务2运用工业以太网技术例如：ProfiNet适用于独立控制系统和机器人控制领域；ModbusTCP适用于小型工业控制系统和数据采集领域；CC-LinkIE适用于大型工业控制系统和现场总线应用领域；Ethernet/IP适用于各种类型的工业自动化应用、现场总线和工业通信领域。任务2运用工业以太网技术PROFINET、ModbuSTCP、EtherNe/IPEtherCAT等几种工业以太网的通信参考模型如图。任务2运用工业以太网技术可见，Modbus/TCP与EtherNetIP在应用层以下的部分均沿用了普通以太网技术，因而它们可以在普通以太网通信控制器基础上，借助上层的通信调度软件，实现其实时功能；EtherCAT、Powerlink以及具有SRT（软实时）和IRT（等时实时）同步功能的PROFINET都需要特别的通信控制器支持。任务2运用工业以太网技术工业以太网的数据通信有标准通道和实时通道之分。其中，标准通道按CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）竞争方式传输数据帧，主要用于传输没有实时性的非实时数据；有时效性要求的数据则通过实时通道，按SRT或者IRT的实时通信方式传输数据帧，通过软件调度后，其传输延迟可以达到几毫秒，时间抖动可以在控制在微秒级。任务2运用工业以太网技术在实际工业应用中，工业以太网一般具有以下主要特点。①支持实时性②抗干扰能力强③容错能力强④易于整合⑤实现智能化任务2运用工业以太网技术2.认识实时以太网实时以太网是一种适用于工业自动化领域的网络通信技术，与工业以太网类似，但在实时性、可靠性等方面进行了升级和优化，主要用于要求高实时性的工业自动化控制领域。任务2运用工业以太网技术TSN是一种面向工业应用的通信技术，主要用于实时控制系统和工业自动化领域。TSN技术基于以太网网络协议，并在其基础上进行了深入优化和改进，以保证数据传输的低延迟、高可靠性和实时性。任务2运用工业以太网技术在控制领域中，例如：流水线控制中的每个机器动作都要严格一致，时延偏差必须在在一个确定范围内，对于时延抖动必须在1ms以内，否则生产出的产品就会有瑕疵，影响产品质量，甚至成为次品。通俗来讲，TSN就是控制时延的抖动在一个预先定义好的范围内，实现在以太网中确定性的数据通信能力。TSN技术主要包括以下几个方面的改进。任务2运用工业以太网技术TSN技术主要包括以下几个方面的改进。①时间同步②流量调度③时限保证④网络安全TSN技术是网络通信领域的最新研究成果，它具有较高的数据传输速率、实时性和可靠性，将会在