工业以太网系统的构建与应用：工控技术在物品网络中的实践

在工业控制领域，工业以太网（Industrial Ethernet）是基于商用以太网（IEEE 802.3标准）的技术，但其产品和应用却有着显著的不同。普通商用以太网产品在材料选择、强度设计、适用性以及实时性、互操作性、可靠性、抗干扰能力和安全要求等方面往往无法满足严苛的工业现场需求。

选择合适的工业以太网设备时，我们需要考虑多个因素。首先是通信协议和电源供应；接着是通信速率，以及对环境认证；安装方式也至关重要，包括散热设计；此外，还需考量简单的通信功能与复杂管理功能，以及电口或光口选择。此外，还要考虑信号强弱问题、端口设置选项出错报警机制、串行端口使用情况主干冗余策略环形冗余服务质量保证虚拟局域网络配置SNMP监控端口镜像功能等。

从快速生成树冗余（RSTP）、环形冗余（RapidRingTM）到主干冗余（TrunkingTM），工业以太网设备主要包括以下几个关键部分：

工业型集线器

非管理型交换机

管理型交换机

冗余管理型交换机

高级管理型冗余交换机提供了特殊优化，以满足严格要求的稳定性和安全性的高级应用场景。

构建高可靠性的网络主要采用的方法有三种：Spanning Tree Protocol (STP) 和 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)、环形冗余(RapidRingTM)，以及主干链路策略(Trunking)。

STP 和 RSTP：

STP 是一种链路层协议，它通过生成树算法来实现路径冗餘并防止网络循环发生。如果一条路径出现故障，该算法能够重新配置备用路径并重建连接。这一过程通常需要30-60秒才能恢复。RSTP 作为 STP 的升级版本，将恢复时间缩短至 1-2 秒。尽管生成树算法灵活，但其恢复速度相较于其他方法较慢。

环形数据传输：

RapidRing 是为了满足工控环境中实时需求而开发的一种技术。在遇到断开的情况后，可以在300毫秒内自动恢复。这使得用户可以通过错误继电器连接状态显示灯及 SNMP 设置来监测断开现象，并进行诊断。此外，支持两个连通且互补的环状结构，使得拓扑结构更加灵活。

3 主干数据传输：

将多个交换机端口设为 Trunking 主干模式并建立连接，从而形成高速骨干链接，不仅增强了带宽和吞吐量，而且还提供了额外的容错能力。当骨干链路中断时，剩下的链接将用于保持数据流动，从而保证网络正常运行。这种技术采用硬件检测及负载平衡，因此平均中断恢复时间低于10毫秒，是目前最快的一种方案。