工业以太网的交换技术有哪些

  1. 交换技术

  实时以太网通过采用交换机和全双工通信，解决了CSMA/CD机制带来的冲突问题。在共享局域网(LAN)中，所有站点共享网络性能和数据传输带宽，所有的数据包都经过所有的网段，同一时刻只能传送一个报文。

  交换机可以同时在其端口之间建立多个连接。这些连接是根据数据流量的需要，动态和暂时建立的。

  在交换式局域网中，用交换模块将一个网络分为若干个网段，在多个网段中可以同时传输多个报文，每个网段都能达到网络的整体性能和数据传输速率。本地数据通信在本网段进行，只有指定的数据包可以超出本地网段的范围。利用交换技术易于扩展网络的规模，并且可以限制子网内的错误在整个网络上的传输。

  交换机首先对接收的输入信号进行缓存，再进行地址比较，根据网络的占用状况适时发送到正确的端口。每个网段内节点间数据的传输只限于在本地网段内进行，不需经过主干网，使本地数据传输不占其他网段的带宽，从而降低了各网段和主干网的网络负荷。交换机对网络上传输的数据包进行检测，不再传送错误帧和错误报告帧。交换机可以同时处理不同网段之间的多个数据包，在通信设备之间建立多个动态连接，实现并行数据交换。

  PROFINET 使用点对点连接的交换式以太网，其中每个设备直接与一个(且只有一个)其他设备相连。

  2. 全双工模式

  全双工交换式以太网的一对线用来发送数据，另一对线用来接收数据，这种以太网消除了冲突的可能，使以太网的通信确定性和实时性大大提高，减少了CSMACD机制造成的冲突和大量的无关的通信量，将局域网的范围扩展到150km，每个网络节点甚至可以独享整个介质带宽。

  使用具有全双工功能的交换机，在两个节点之间可以同时发送和接收数据，全双工快速以太网的数据传输速率增加到200 Mbit/s。

  并不需要在网络的所有地方都使用全双工，只需要在某些特定的节点之间建立少量的全双工连接，例如，服务器和集线器/交换机之间的连接，或者交换机之间的连接。

  3. 电气交换模块与光纤交换模块

  电气交换模块(ESM)与光纤交换模块(OSM)用来构建10Mbit/s/100Mbit/s交换网络，能低成本、高效率地在现场建成具有交换功能的线性结构或星形结构的工业以太网。

  可以将网络划分为若干个部分或网段，并将各网段连接到ESM或OSM上，这样可以分散网络的负担，实现负载解耦，改善网络的性能。

  利用ESM或OSM的网络冗余管理器，可以构建环形冗余工业以太网。

  通过ESM可以方便地构建适用于车间的网络拓朴结构，包括线性结构和星形结构。级联深度和网络规模仅受信号传输时间的限制，使用ESM可以使网络总体规模达5km，使用OSM 时网络长度可达150km。

  4. 自适应与自协商功能

  具有自适应功能的网络站点(终端设备和网络部件)能自动检测出信号传输速率(10Mbit/s或100Mbit/s)，自适应功能可以实现所有以太网部件之间的无缝互操作性。

  自协商是高速以太网的配置协议，该协议使有关站点在数据传输开始之前就能协商，以确定它们之间的数据传输速率和工作方式，例如是全双工或半双工。

  5. 沉余网络

  冗余软件包S7-REDCONNECT用来将PC链接到高可靠性的SIMATICS7H冗余系统，可以避免设备停机。万一出现子系统故障或断线，系统交换模块会切换到双总线，或者切换到冗余环的后备系统或后备网络，以保证网络的正常通信。

  6. SIMATIC NET的快速重新配置

  网络发生故障后，应尽快对网络进行重构。重新配置的时间对工业应用是至关重要的，否则网络上连接的终端设备将会断开连接，从而引起工厂生产过程的失控或紧急停机。SIMATICNET采用了专门为此开发的冗余控制程序，对于有50个交换模块(OSM/ESM)的100Mbit/s环形网络，重新配置的时间不超过0.3s。