1. 交換技術(shù)

  實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通過采用交換機(jī)和全雙工通信，解決了CSMA/CD機(jī)制帶來的沖突問題。在共享局域網(wǎng)(LAN)中，所有站點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)傳輸帶寬，所有的數(shù)據(jù)包都經(jīng)過所有的網(wǎng)段，同一時(shí)刻只能傳送一個(gè)報(bào)文。

  交換機(jī)可以同時(shí)在其端口之間建立多個(gè)連接。這些連接是根據(jù)數(shù)據(jù)流量的需要，動(dòng)態(tài)和暫時(shí)建立的。

  在交換式局域網(wǎng)中，用交換模塊將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為若干個(gè)網(wǎng)段，在多個(gè)網(wǎng)段中可以同時(shí)傳輸多個(gè)報(bào)文，每個(gè)網(wǎng)段都能達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的整體性能和數(shù)據(jù)傳輸速率。本地?cái)?shù)據(jù)通信在本網(wǎng)段進(jìn)行，只有指定的數(shù)據(jù)包可以超出本地網(wǎng)段的范圍。利用交換技術(shù)易于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，并且可以限制子網(wǎng)內(nèi)的錯(cuò)誤在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。

  交換機(jī)首先對(duì)接收的輸入信號(hào)進(jìn)行緩存，再進(jìn)行地址比較，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的占用狀況適時(shí)發(fā)送到正確的端口。每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的傳輸只限于在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行，不需經(jīng)過主干網(wǎng)，使本地?cái)?shù)據(jù)傳輸不占其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了各網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。交換機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行檢測(cè)，不再傳送錯(cuò)誤幀和錯(cuò)誤報(bào)告幀。交換機(jī)可以同時(shí)處理不同網(wǎng)段之間的多個(gè)數(shù)據(jù)包，在通信設(shè)備之間建立多個(gè)動(dòng)態(tài)連接，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)交換。

  PROFINET 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的交換式以太網(wǎng)，其中每個(gè)設(shè)備直接與一個(gè)(且只有一個(gè))其他設(shè)備相連。

  2. 全雙工模式

  全雙工交換式以太網(wǎng)的一對(duì)線用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對(duì)線用來接收數(shù)據(jù)，這種以太網(wǎng)消除了沖突的可能，使以太網(wǎng)的通信確定性和實(shí)時(shí)性大大提高，減少了CSMACD機(jī)制造成的沖突和大量的無關(guān)的通信量，將局域網(wǎng)的范圍擴(kuò)展到150km，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)甚至可以獨(dú)享整個(gè)介質(zhì)帶寬。

  使用具有全雙工功能的交換機(jī)，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，全雙工快速以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率增加到200 Mbit/s。

  并不需要在網(wǎng)絡(luò)的所有地方都使用全雙工，只需要在某些特定的節(jié)點(diǎn)之間建立少量的全雙工連接，例如，服務(wù)器和集線器/交換機(jī)之間的連接，或者交換機(jī)之間的連接。

  3. 電氣交換模塊與光纖交換模塊

  電氣交換模塊(ESM)與光纖交換模塊(OSM)用來構(gòu)建10Mbit/s/100Mbit/s交換網(wǎng)絡(luò)，能低成本、高效率地在現(xiàn)場(chǎng)建成具有交換功能的線性結(jié)構(gòu)或星形結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)。

  可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)部分或網(wǎng)段，并將各網(wǎng)段連接到ESM或OSM上，這樣可以分散網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載解耦，改善網(wǎng)絡(luò)的性能。

  利用ESM或OSM的網(wǎng)絡(luò)冗余管理器，可以構(gòu)建環(huán)形冗余工業(yè)以太網(wǎng)。

  通過ESM可以方便地構(gòu)建適用于車間的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，包括線性結(jié)構(gòu)和星形結(jié)構(gòu)。級(jí)聯(lián)深度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模僅受信號(hào)傳輸時(shí)間的限制，使用ESM可以使網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)模達(dá)5km，使用OSM 時(shí)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度可達(dá)150km。

  4. 自適應(yīng)與自協(xié)商功能

  具有自適應(yīng)功能的網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)(終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部件)能自動(dòng)檢測(cè)出信號(hào)傳輸速率(10Mbit/s或100Mbit/s)，自適應(yīng)功能可以實(shí)現(xiàn)所有以太網(wǎng)部件之間的無縫互操作性。

  自協(xié)商是高速以太網(wǎng)的配置協(xié)議，該協(xié)議使有關(guān)站點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸開始之前就能協(xié)商，以確定它們之間的數(shù)據(jù)傳輸速率和工作方式，例如是全雙工或半雙工。

  5. 沉余網(wǎng)絡(luò)

  冗余軟件包S7-REDCONNECT用來將PC鏈接到高可靠性的SIMATICS7H冗余系統(tǒng)，可以避免設(shè)備停機(jī)。萬一出現(xiàn)子系統(tǒng)故障或斷線，系統(tǒng)交換模塊會(huì)切換到雙總線，或者切換到冗余環(huán)的后備系統(tǒng)或后備網(wǎng)絡(luò)，以保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。

  6. SIMATIC NET的快速重新配置

  網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，應(yīng)盡快對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)。重新配置的時(shí)間對(duì)工業(yè)應(yīng)用是至關(guān)重要的，否則網(wǎng)絡(luò)上連接的終端設(shè)備將會(huì)斷開連接，從而引起工廠生產(chǎn)過程的失控或緊急停機(jī)。SIMATICNET采用了專門為此開發(fā)的冗余控制程序，對(duì)于有50個(gè)交換模塊(OSM/ESM)的100Mbit/s環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，重新配置的時(shí)間不超過0.3s。