工业网络技术 课件 02 工业网络与现代企业网络

工业网络与现代企业网络一、工业网络概述二、工业以太网的概述三、现代企业网络系统的结构四、多种工业控制网络的集成一、工业网络的概述工业网络是指在工业环境中用于连接和通信的网络系统。它是为了满足工业自动化和控制系统的需求而设计的，用千连接各种设备、传感器、执行器和控制器，以实现数据传输、监控和控制功能。工业网络通常具有以下特性：1.可靠性：工业网络需要具备高度可靠性，以确保数据的准确传输和设备的稳定运行。2.实时性：许多工业应用需要进行实时数据传输和响应，如控制系统和监控系统，因此工业网络需要提供低延迟和高带宽的通信能力，以保证及时快捷的通信。3.安全性：工业网络中的数据和通信必须得到保护，以防止未经授权的访问、数据泄露或网络攻击。因此，工业网络通常采用安全协议、身份验证以保障网络安全。4.扩展性：工业网络需要具备良好的扩展性，以适应不断增长的设备数量和数据流最，应该能够支持灵活的拓扑结构和设备的添加或删除。一、工业网络的概述工业网络可以包括各种通信技术和协议、现场总线（如PROFIBUS、Modbus、CAN等）、工业无线网络等。工业网络在制造业、能源、交通、物流等领域广泛应用，为工业自动化和控制系统提供可靠的通信基础设施。二、工业以太网的概述由于现场急线的标准化制定存在一定的难度，人们开始寻求新的工业通信技术，这时以太网技术出现了。以太网最早出现千20世纪70年代，之后按照IEEE802.3实施了标准化，现在是指符合IEEE802.3标准的局域网(LAN)产品组。以太网技术因具有技术简单、开放性好、价格低廉等特点，在办公和商务领域的市场占有率非常高。以太网最初是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑工业现场环境的需求。后来，—些厂商提出将以太网技术引入工厂设备底层（如施耐德提出了适用于工业现场的基于以太网＋TCP/IP的解决方案），工业以太网也就随之产生了。工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制中应用以太网的相关组件及技术，采用TCP/IP协议，与IEEE802.3标准兼容，并在应用层加入各自特有协议的通信技术。二、工业以太网的概述1.工业以太网概况工业以太网是基于IEEE802.3（以太网）的强大的区域和单元网络。工业以太网提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部互联网(Intranet)、外部互联网(Extranet)及国际互联网(Internet)提供的广泛应用不但已经进入办公室领域，而且可以应用于生产和自动化过程中。继10Mbit/s以太网成功运行之后，具有交换功能、全双工和自适应的100Mbit/s快速以太网(FastEthernet,符合IEEE802.3u标准）也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决千用户的需要，通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。在今天的控制系统和工厂自动化系统中，以太网的应用几乎和PLC一样普及。正确选择工业以太网要考虑哪些因素呢？简单来说，要从以太网通信协议、电源、通信速率、工业环境认证、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、电口或光口等方面来考虑，这些都是最基本的产品选择因素。二、工业以太网的概述如果对工业以太网的网络管理有更高要求，那么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、主干冗余(Trunking)、环网冗余(RapidRing)、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)和端口镜像等其他工业以太网管理交换机可以提供的功能。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。应根据系统的设计要求，挑选适合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、环网冗余到主干冗余，它们都有各自不同的特点，控制工程师可以根据要求进行选择。二、工业以太网的概述2.工业以太网的技术特点和优势以太网具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软／硬件产品丰富、应用广泛及支持技术成熟等优点已成为最受欢迎的通信网络之—。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入控制领域，形成新型的工业以太网技术。这主要是由千工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通信协议是必然的要求。将以太网技术引入工业控制领域，其技术特夺带来的优势具体有以下几点：（1）应用广泛。工业以太网兼容应用最广泛的计算机网络技术，大多数编程语言（如VisualC+＋、Java和VisualBasic等）都支持以太网的应用开发。采用不同网络协议的设备可以很容易实现互联。（2）资源共享能力强。随着互联网的发展，工业以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，接入互联网上的任何—台计算机后都能浏览工业控制现场的数据，实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控—体化的全开放网络。二、工业以太网的概述（3）软／硬件成本低廉。由千工业以太网技术已经非常成熟，支待工业以太网的软／硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。（4）通信速率高。随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要实现音频和视频数据的传输。通信速率为100Mbit/s、1000Mbit/s的快速以太网开始广泛应用，万兆以太网技术也逐渐成熟，其速率比现场急线快很多，可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。实现“控管—体化”，这是其他任何—种现场总线都无法比拟的。（5）可持续发展潜力大。工业以太网的引入为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无须独自研究投入。同时，工业机器人技术和工业控制技术的发展要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议具有更高的灵活性，这些要求工业以太网都能很好地满足。三、现代企业网络系统的结构现代企业网络系统的结构通常基于分层架构，其中包含以下几个主要组成部分：1.边缘层（Edgelayer）：现代企业网络系统的最低层，负责连接终端设备（如计算机、手机、打印机）。2.分布层（DistributionLayer）：位千边缘层和核心层之间，负责实现网络的分层。3.核心层（CoreLayer）：现代企业网络系统的中心，负责处理大量的数据流量。它提供高带宽、低延迟的交换和路由功能，确保网络的性能和可靠性。三、现代企业网络系统的结构4.无线链路（WirelessLink）：现代企业网络系统通常包括无线链路，用于支持移动设备的无线接入寺。无线局域网可以与稳定网络存储结合使用，提供灵活的网络连接和覆盖范围。5.数据中心（DataCenter）：对于大型企业来说，数据中心是现代企业网络系统的重要组成部分。6.安全层（SecurityLayer）：现代企业网络系统必须具备强大的安全性能，以保护敏感数据并防止网络攻击。安全层包括防火墙、入侵检测系统(IDS)、虚拟专用网络(VPN)等安全设备和技术。这些组成部分相互连接和交互，构成个完整的企业网络系统。具体的网络结构和配置可能会因为组织规模、业务需求和技术要求的不同而有所不同。四、多种工业控制网络的集成在工业控制网络中，集成多种网络可以实现不同类型的设备和系统之间的通信与协作。常见的工业控制网络集成方法有以下几种：1.利用网关设备。利用网关设备可以连接不同类型的工业控制网络，如现场接口、控制器局域网等。网关设备可以将不同网络之间的通信协议进行转换和改装，实现数据的传输和交换。2.利用协议转换器。协议转换器是一种设备或软件，用于将不同网络使用的通信协议进行转换。它可以将数据从一个网络的协议格式转换为另一个网络所需的协议格式，以实现数据的传输与交互。3.利用通信服务器。通信服务器是种中间设备，用千连接和管理多个工业控制网络。它可以提供统一的接口和协议，使不同网络的设备之间能够进行通信和数据交换。四、多种工业控制网络的集成4.利用软件。通过使用软件工具和平台，可以实现多种工业控制网络的集成。这些软件可以提供数据传输、协议转换、设备管理和监控等功能，以实现不同网络之间的集成和协作。5.利用标准化协议。—些工业控制