6.1. Особливості Ethernet.

Ethernet з'явився більше 30 років тому. В даний час під Ethernet розуміють сімейство продуктів для локальних мереж, які відповідають стандарту IЕЕ 802.3. Промисловому застосуванню стандарту довгий час заважав метод випадкового доступу до мережі, що не гарантував доставку повідомлення в короткий і заздалегідь відомий час. Проте це проблема була вирішена застосуванням комутаторів. Частка Ethernet серед встановлених промислових мереж в 2000 році складала 11%, в 2005 р. — вже 23%. В даний час ринок промислового Ethernet росте із швидкістю 51 % у рік, він став промисловим стандартом, і є великий вибір устаткування, що задовольняє промисловим вимогам. Недоліком промислового Ethernet є відносно висока ціна: Ethernet модулі вводу-виводу в середньому в 2 рази дорожче за аналогічні Mоdbus-пристрої.

Впровадженню Ethernet в промисловість сприяли наступні його якості:

• висока швидкість передачі (до 10 Гбіт/с) і відповідність вимогам жорсткого реального часу при високій швидкодії (наприклад, при управлінні рухом);

• простота інтеграції з Інтернет і Інтранет, зокрема по протоколах прикладного рівня SNMP (Simple Network Management Protoco1), FTP,MIME ( Multipurpose Internet Mail Extensions), НТТР;

• простота інтеграції з офісними мережами;

• наявність великого числа фахівців з обслуговування Ethernet;

• по-справжньому відкриті рішення;

• можливість організації багатомастерних мереж;

• необмежені можливості з організації мереж найрізноманітніших топологій;

• широке застосування в офісних мережах, що забезпечило економічну ефективність технічної підтримки стандарту з боку міжнародних організацій зі стандартизації;

• поява недорогих комутаторів, що вирішили проблему недетермінованості Ethernet.

Існують чотири стандартні швидкості передачі даних в мережах Ethernet через оптоволоконний кабель і виту пару проводів: 10 і 100 Мбіт/с, 1 і 10 Гбіт/с. Ethernet має декілька модифікацій, структура найменувань яких має наступний вигляд: <швидкість передачі>BASE<додаткові позначення>. Швидкість указується цифрою в Мбіт/с або в Гбіт/с, в останньому випадку до цифри додається буква С. Букви після «Ваsе» означають тип кабелю: Т (Twisted Paiг) — кручена пара, F Fiber optic — оптоволоконний, S (Short wavelenth optic) — оптичний короткохвильовий, L (Long wavelength;) — довгохвильовий, C (Short copper cable — короткий мідний кабель. Символ «X» означає наявність блоку кодування на фізичному рівні. У тексті стандарту IEEE 802.3-2005 приводиться 44 варіанти таких позначень. Наприклад, 10ВАSЕ-Т означає специфікацію фізичного рівня для швидкості 10 Мбіт/с з методом доступу CSМА/СD і з використанням двох витих пар проводів; 100ВАSЕ-FХ — для швидкості 100 Мбіт/с, Сsма/сd із застосуванням двох багатомодових оптичних кабелів.

У промисловій автоматизації найбільшого поширення набули стандарти 10ВАSЕ-Т і 100ВАSЕ-ТХ, а також 100ВАSЕ-FХ, які і будуть розглянуті нижче.

Рівні 1 і 2 Ethernet-протоколу зазвичай втілюються апаратно, останні — програмно.

При використанні стандартного Ethernet; час реакції мережі часто перевищує 100 мс. У локальних сегментах мережі з малою кількістю пристроїв він знижується до 20 мс при використанні протоколу ТСР і до 10 мс — для UDP. Використання прямої МАС адресації в локальних сегментах мережі може зменшити час реакції до 1 мс. Проте час в Ethernet; є випадковою величиною. Тому основною відмінністю промислового Ethernet; від офісного є наявність комутаторів, які перетворюють Ethernet на мережу з детермінованою поведінкою.

Для промислових застосувань не годяться кабелі і роз'єми, використовувані в офісних мережах. Тому ряд виробників представляє на ринку роз'єми RJ-45 із ступенем захисту IР67 від дій навколишнього середовища.

Надійність промислового Ethernet; забезпечується резервуванням кабельних ліній і мережевих карт, а також спеціальним програмним забезпеченням для резервування.

Для підвищення ступеня захисту системи управління від несанкціонованого доступу магістральну мережу Industrial Ethernet; відокремлюють від офісної брандмауером.

Відмітні ознаки промислового Ethernet:

• відсутність колізій і детермінована поведінки завдяки застосуванню комутаторів;

• індустріальні кліматичні умови;

• стійкість до вібрацій;

• відсутність вентиляторів в устаткуванні;

• підвищені вимоги до електромагнітної сумісності;

• компактність, кріплення на DIN рейку;

• зручне підключення кабелів;

• діагностична індикація на панелі приладу;

• електроживлення від джерела напруги в діапазоні від 10 до 30 В;

• можливість резервування;

• роз'єми і устаткування із ступенем захисту до IР67;

• захист від електростатичних зарядів, електромагнітних імпульсів, від перевищення напруги живлення;

• повнодуплексна передача.

Недоліком Ethernet; є значний рівень «накладних витрат» в протоколах Тср/iр, які розраховані на пересилку даних великих об'ємів. Якщо ж пристрій пересилає всього 8 байт, що типово для АСОВІ ТП, то корисна інформація в протоколі складає всього 11%, оскільки кожен пакет Тср/iр містить 68 байт службової інформації. Проте це часто можна компенсувати великою пропускною спроможністю мережі.