Промышленный Ethernet (также Industrial Ethernet ) — Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD . Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данными между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена).

В последнее время является одной из самых распространённых промышленных сетей . Широко применяется при автоматизации зданий и в областях, не требующих высокой надёжности.

Протоколы реального времени

Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени:

• Profinet
• EtherCAT
• Ethernet powerlink
• SERCOS III
• LAN eXtensions for Instrumentation

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него:

• функции синхронизации
• новые алгоритмы сетевого обмена
• диагностические функции
• методы самокорректировки

Канальный и физический уровни Ethernet при этом остаются неизменными, что позволяет использовать протоколы реального времени в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого оборудования.

Сравнение протоколов

Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо их резервировать. Резервирование неизбежно ведет к возникновению кольцевых участков сети — замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых, так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы , как правило, поддерживают дополнительный протокол Spanning Tree Protocol ( STP , IEEE 802.1d), который позволяет создавать кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуру сети. Этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола — Rapid Spanning Tree Protocol ( RSTP , IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

Отличия от обычного EtherNet

• Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т. п.
• Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи
• Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC1006 (ISO Transport Service) обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объёмов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами
• С помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева»
• Использование протокола IEEE 1588 для синхронизации устройств в сети.

Достоинства

• низкая цена
• широкое распространение

Конкуренты

• LonWorks — промышленная сеть для автоматизации зданий
• BACnet — промышленная сеть для автоматизации зданий
• RS-485 — самая простая и дешёвая промышленная сеть
• CAN — промышленная сеть для транспорта и станочной автоматики
• SERCOS III

Статьи

• Кузьмин Ю. Б. . Журнал «Промышленные АСУ и контроллеры» № 1 2005 г.

Примечания

Ссылки

• (англ.)
• (англ.)
• (недоступная ссылка) (англ.)