网络硬件连接

工业网络需要针对多种环境的坚固解决方案;商业网络通常成本较低，但硬件可能不适合坚固的应用。适应商业网络，如以太网，在用户和制造商中越来越流行。在进行网络连接时需要考虑的因素包括拓扑结构、所需硬件类型(参见网关、网桥的相关文本)……

通过马克·t·霍斯克，控制工程一九九九年三月一日

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网络和通信
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当事情出错时
建设工业高速公路
开机前的安装建议

工业网络需要针对多种环境的坚固解决方案;商业网络通常成本较低，但硬件可能不适合坚固的应用。适应商业网络，如以太网，在用户和制造商中越来越流行。

建立网络连接时需要考虑的因素包括拓扑结构、所需硬件类型(请参阅有关网关、网桥、路由器、交换机的相关文本)、媒体和设备信息，以及网络可以服务的级别。

以太网的出现

InterlinkBT(普利茅斯，明尼苏达州)是班纳工程公司和图尔克公司的合资企业，专门从事现场总线相关产品。营销总监Bob Svacina表示，以太网是最大的新兴趋势，但也存在不确定性。“在PC或PLC主机上，它可以正常工作，但设备制造商在从属级遇到麻烦，因为以太网通信会占用电路板上的大量空间，从而推高成本。为了使以太网具有确定性，需要智能交换集线器，这是昂贵的，每滴可能高达100美元。在办公室里，如果打印文件出错了，你只需重新发送一次，但如果机器人发疯了，就会造成很大的破坏。”

Hirschmann-USA (Pine Brook, N.J.)公司表示，它是第一个拥有工业强化以太网硬件系列的公司，拥有交换机、集线器、光纤轨道收发器和其他产品。那里的人说他们来得正是时候，因为主要的PLC制造商都提供以太网端口。

1998年10月，Hirschmann公布了其工业铁路线系列，这是一条以太网产品的强化线，Hirschmann北美网络系统部门销售经理John McGilvreay说。(母公司位于德国纽尔廷根。)

McGilvreay先生说，Hirschmann的线路与商业产品不同，它安装了din导轨，24v直流电源(而不是110v)，冗余，并且在不到300毫秒的时间内提供链路恢复。专为工业自动化设计，产品在60°C下散热，不带风扇。“客户告诉我们，商用以太网硬件不能在炎热、潮湿的工业应用中持续使用三个月。”

McGilvreay先生说:“凭借全双工操作、优先级和高达1千兆位/秒的线速交换，以太网已经成为一种确定的以太网服务。

适当的网络设计可以大大提高性能，包括对关键应用程序的容错以太网网络设计。麦吉尔弗里说，设备无法弥补糟糕的设计。“你可以设计一个糟糕的以太网，就像任何其他网络一样。”

他说，客户想要一个开放的系统标准。“我们将看到更多的以太网TCP/ ip——它可以通过互联网进行远程控制和管理。以太网还具有可扩展性，从10兆到100兆，再到千兆以太网。随着需求的增加，价格将会下降，就像商业地产一样

在美国，一个以太网网卡售价20美元，一个五端口集线器售价不到40美元。”他建议，制造商需要解决的问题包括标准化连接器、通过防火墙实现网络安全以及建立标准应用层。

网关翻译

除了是否提供以太网之外，设备制造商还面临着决定支持哪种工业网络的问题。

Woodhead Canada (Waterloo, Ontario)的SST分部通过提供UCS(通用通信系统)来帮助减轻设备制造商的通信负担。使用SST的UCS消除了选择、开发和维护网络接口的风险，使设备制造商能够专注于核心竞争力。

SST Gateway Technologies的产品营销经理Corina Silberman补充说:“使用UCS，在连接当前和未来的模块时，不需要对主机产品进行代码更改。这使得UCS独一无二;其他产品需要对宿主产品进行代码更改。以前最可行的替代方案包括使用协议栈将一个网络一次集成到一个设备上。”SST的另一款产品X-Link提供从一个网络到另一个网络的网关转换，例如罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利数据高速公路Plus和施耐德集团的Modicon Modbus Plus(图)。

协同微系统公司通过软件驱动程序和现场总线接口卡为多个网络简化了网络生活。该公司总裁迈克尔·b·贾斯特(Michael B. Justice)表示，该公司的通用软件驱动程序允许集成商围绕一个网络建立一个系统，然后将投资转移到下一个网络，而无需对软件进行任何更改。协同技术合作伙伴HMS现场总线系统公司(Halmstad, Sweden)提供AnyBus模块，这是一种可互换的OEM现场总线模块，适用于多种网络应用。

Justice先生说:“synergy将工业以太网定义为三样东西:工业DB9连接器(遵循西门子和Hirschmann的规格)，能够在工业环境中生存的产品或板，以及长期可靠的供应商。这些项目以及标准的微软Windows驱动程序兼容性为工业用户提供了一个可靠的产品，价格合理，来源稳定。”

其他网络产品正变得更加针对特定行业，例如在半导体和制药行业使用聚四氟乙烯和不锈钢材料。另一个例子是图尔克公司最近的MSHA(美国劳工部矿山安全与健康管理局)批准了50多个工业级电缆/连接器组件(照片)。同样，Daniel Woodhead Co.的Brad Harrison(伊利诺伊州Downers Grove)子公司也扩大了其快速断开连接网络产品的规模和广度。

网络拓扑

拓扑(节点之间的互连模式)也会影响网络的成本和性能。拓扑包括总线(线性、分支和树形)、环形以及通过网关、路由器和网桥的总线和环形的组合。星形拓扑结构通常用于以太网，它有一个中心节点连接到各个节点。网状拓扑将每个节点与其他节点连接起来。有关拓扑的更多信息，请参见控制工程， 1998年3月，第198页，“回归基础”专栏，“如何解开网络拓扑”。

网络组件制造商还可以帮助确认节点之间的互连模式是否允许物理网络按需运行。

允许的设备数量随距离和网络周期时间的变化而变化。最新的信息可以从各种网络组织、硬件供应商和系统集成商那里获得。主要的自动化供应商通常销售或让合作伙伴为多个网络提供硬件。大多数属于多个网络组织，这些组织的成员通常超过100人。

连接特定网络:

ARCNet,www.arcnet.com;
as接口(AS-i)， www.as-interface.com;
CANopen(基于can总线):www.can-cia.de;
ControlNet,www.controlnet.org;
DeviceNet(基于can总线);www.odva.org;
现场总线基金会，www.fieldbus.org;
千兆以太网，www.gigabit-ethernet.org;
HART, www.ccsi.com/hart;
Interbus, www.interbusclub.com;
LonWorks,www.lonmark.org;
网络通讯协议,www.modicon.com/openmbus;
Profibus-DP， -FMS， -PAwww.profibus.com;
serco,www.sercos.com;
Seriplex, www.seriplex.org;
智能分布式系统(SDS，基于CAN)，www.honeywell.com/sensing/prodinfo/sds;和
WorldFIP, www.worldfip.org。

当事情出错时

当DeviceNet网络出现问题时，第一个问题总是:发生了什么变化?

如果已经添加或替换了节点，更改了布线或配置了设备，请转到完成工作的地方并查找问题。

如果未发现问题，请检查是物理介质问题、节点通信问题还是网络配电问题。

一般情况下，在检查网络配电或隔离节点通信故障之前，需要先检查物理介质和节点配置。

-DeviceNet故障处理指南，1998 InterlinkBT

建设工业高速公路

桥接器、交换机、路由器和中继器构成了工业网络协议运行的基础。

查看每个设备，因为它与七层国际标准组织/开放系统互连(ISO/OSI)模型的协议使用有关，这是理解这些连接设备的好方法。要查看每个模型与模型的关系，请参见网络硬件图。

交换机正在成为最广泛使用的互连设备，因为它们有助于最大限度地提高pc和plc之间的网络吞吐量。路由器是连接不同网络或将工厂自动化网络连接到Internet的关键部件。由于桥接不允许多个站点同时连接在一起(而交换机可以)，因此桥接越来越不受欢迎。

OSI模型使用

最简单的设备是中继器，它在OSI模型的物理层上工作，简单地重传传入的电信号。中继器将在一个段上接收到的信号放大并重新乘以所有其他段。一个段上的碰撞、截断的数据包或电气噪声也会传输到所有其他段上。

使用中继器的主要原因是为了延长超出推荐长度的段。中继器的数量一般限制为2个，但最多可以使用4个。使用更多的中继器会导致计时问题。中继器的一个缺点是，网络的一个段上的任何活动都会重复到其他段上，从而增加了总体流量并减少了网络上各个站的响应时间。

桥接器传递有效数据

桥接器用于连接两个独立的网络，形成一个逻辑网络。网桥只允许有效的消息传递到另一个网络上的目标地址。网桥存储来自一个网络的帧，并检查其目的地址，以确定是否应该通过网桥转发。

网桥在它连接的两个网络上维护记录的节点地址。但是，网桥两端的数据链路协议必须是相同的。

桥接器可用于延长网络的长度(如使用中继器)，但除此之外，它们还可以提高网络性能。例如，如果网络显示出相当慢的响应时间，则可以将主要相互通信的节点分组在一个网段上，而将其余节点分组在另一个网段上。较低的活动部分在响应时间上应该会有很好的改善。网桥的设计应该使80%的流量在局域网内，只有20%的流量通过网桥。

交换机增加带宽

通常，以太网使用所有连接到它的设备共享的媒体。标准以太网的最大传输速度为10兆比特/秒。然而，这个速度必须除以连接到局域网的设备数量。每个连接的设备的有效传输速度为10兆比特/秒除以站点数量。为了增加所有设备可用的带宽，可以使用以太网交换机将单个局域网或站点连接在一起，然后它们可以以10兆比特/秒的最高速度进行通信。