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(ПЛК) и системами человеко-машинного интерфейса(HMI), 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).
Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени:
- Profinet
- EtherCAT
- Ethernet powerlink
- EtherNet/IP
- SERCOS III
- LAN eXtensions for Instrumentation (LXI)
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.
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.
Преимущества применения промышленной Ethernet-сети:
1. Высокая пропускная способность: промышленная Ethernet-сеть может обеспечить высокую скорость передачи данных, что позволяет эффективно обмениваться информацией между различными устройствами и системами.
2. Гибкость и масштабируемость: Ethernet-сеть позволяет легко добавлять и удалять устройства, а также расширять ее размер в зависимости от потребностей производства.
3. Надежность: промышленные Ethernet-сети строятся на основе надежных и стандартизованных технологий, которые обеспечивают стабильное и непрерывное функционирование.
4. Централизованное управление: Ethernet-сети имеют возможность управления с одного или нескольких рабочих мест, например при помощи Zabbix или любой другоц SNMP-совместимой системы централизованного управления и мониторинга сети, что позволяет централизованно управлять и мониторить все устройства и системы, что, в свою очередь, облегчает обслуживание и снижает затраты на обслуживание.
5. Улучшенная безопасность: промышленные Ethernet-сети обладают различными механизмами безопасности, которые обеспечивают защиту от несанкционированного доступа и взлома.
Недостатки промышленных Ethernet-сетей:
1. Затраты на установку и обслуживание: промышленная Ethernet-сеть требует дополнительных затрат на оборудование, его настройку и обслуживание.
2. Задержки: при передаче данных в промышленной Ethernet-сети могут возникать небольшие задержки, особенно при работе с большим объемом данных.
3. Возможность сбоев: в отличие от промышленной автоматизации, где используются специализированные протоколы, Ethernet-сеть может быть подвержена внешним воздействиям и сбоям, что может привести к временному прекращению работы.
4. Сложность настройки: установка и настройка промышленной Ethernet-сети может потребовать определенных знаний и навыков.
5. Зависимость от сетевой инфраструктуры: промышленная Ethernet-сеть требует поддержки со стороны сетевой инфраструктуры, такой как коммутаторы, маршрутизаторы и кабельные системы, а также стабильного и надежного интернет-соединения.