工业以太网入门教程[第1讲]——工业以太网联网设备基本知识
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今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
集线器 (Hub)
相信绝大多数人都熟悉集线器。很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。集线器接收到来自某一端口的消息，再将消息广播到其它所有的端口。对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其它的各个端口。
在消息传递方面，集线器是低速低效的，可能会出现消息冲突。然而，集线器的使用非常简单－实际上可以即插即用。集线器没有任何华而不实的功能，也没有冗余功能。
非管理型交换机 (Unmanaged Switch)
集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能，相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外，它具有一种称为“MAC地址表”的功能，能识别和记忆网络中的设备。换言之，如果端口2收到一条带有特定识别码的消息，此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突，提高了传输性能，相对集线器是一次巨大的改进。然而，非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。
管理型交换机 (Managed Switch)
以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机，管理型交换机拥有更多更复杂的功能，价格也高出许多－通常是一台非管理型交换机的3～4倍。管理型交换机提供了更多的功能，通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互，用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能，因此手动配置功能是必不可缺的。
绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能，如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议)，用于诊断的端口映射，用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网)，用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机，可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构，管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径，当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。
管理型冗余交换机
高级的管理型冗余交换机提供了一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、安全性方
面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。构建冗余网络的主要方式主要有以下几种，STP、RSTP；环网冗余RapidRingTM以及Trunking。
1、STP及RSTP
STP(Spanning Tree Protocol，生成树算法，IEEE 802.1D)，是一个链路层协议，提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级，将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。生成树算法网络结构灵活，但也存在恢复速度慢的缺点。
2、环网冗余RapidRingTM
为了能满足工业控制网络实时性强的特点，RapidRingTM孕育而生。这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后300ms之内自行恢复。并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和SNMP设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。
RapidRingTM也支持两个连接在一起的环网，使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接，这些连接可以是冗余的，避免单个线缆出错带来的问题。
图解：用管理型交换机实现RapidRingTM环网连接，网络中断恢复时间小于300ms
3、主干冗余Trunking
将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口，并建立连接，则这些交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽，增强了网络吞吐量，而且还还提供了另外一个功能，即冗余功能。如果网络中的骨干链接产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递，保证网络的通讯正常。Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构，理论通讯距离可以无限延长。该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法，所以使网络中断恢复时间达到了新的高度，一般恢复时间在10ms以下。
图解：用管理型交换机实现Trunking主干连接，网络中断恢复时间小于10ms
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工业以太网入门教程[第2讲]——虚拟局域网介绍
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作者:George Thomas, 美国科动控制公司总裁 浏览次数：5654
引言
局域网(LAN)是一种专用网络，通常局限于一个工厂的范围。虚拟局域网(VLAN)允许将一个物理上的单网络分割为若干个较小的逻辑LAN。VLAN限制广播域，提高安全性和改进性能，是用于从IT系统分离工业自动化系统的理想方案。
结构化的接线
从现场总线技术迁移到工业以太网的优点之一可从评论“我们的工厂早已接线到以太网。我不需要敷设专门的接线，因为双绞线早已存在”中找到。这就是事实，因为以太网电缆的安装遵照结构化接线的标准，如TIA/EIA-568-A Commercial Building Telecommunications Cabling Standard商业楼宇远程通信接线标准。根据这个标准将每个工作区的终端站接线到接线柜中的插座面板。这些插座面板还连接到安装在接线柜中的中继型集线器或交换型集线器(参阅图1)。终端站和集线器端口之间的交叉连接由短的跳接线实现。每个接线柜引出一根单线，它连接到位于设备室中的级联式集线器。所有接线柜馈送信号到设备室，设备室有可能不止一个, 但标准倾向于限制分层的层次数量。工厂车间级的装置以相似的方式接线，通过这种接线方式，所有车间中的站共享同一个LAN。
图1： 结构化的接线建立起一个集线器的分层。
共享同一个LAN并不总是一个好的理念。LAN典型地由IT部门维护，而信息技术越来越感兴趣于网络安全而不是最大化开工时间。断开一个被用户怀疑有故障的站，典型的做法是卸除跳接线，这对用户来说是很不方便的，而且对工业控制系统来说，这样的做法会给设备带来灾难性的损坏。因此，曾建议配置两个LAN——一个用于IT部门而另一个用于工业自动化系统。毫无疑问，这可以消除IT部门关于安全问题的担心。然而分隔物理上的接线，也许是不可能，再者也不方便。
需要分隔信息技术IT LAN 和工业自动化LAN还有另一个理由，一个LAN可认为是一个单纯的广播域。这就是说，广播报文(发送到所有站的报文)被发送到在LAN上的每一个站，对组播报文(播送到多个站但不是所有站的报文)，通常这也是对的。因为，如要接收组播报文的站的确实地址为未知，则所有的站将接收该报文。为了改进实时响应，工业自动化系统经常使用producer/consumer模式。在producer/consumer模式，由某一个站生成的原始报文为若干个称为consumer的站所接收。对以太网来说，这种模式会生成许多广播和组播报文，从而消耗LAN的整个带宽，因此并不适用。有什么方法可以保持在同一个物理网络但又允许分隔LAN的功能度呢？答案是肯定的，这就是本文要介绍的虚拟局域网(VLAN)。
VLAN的结构
一个LAN，包括站、中继型集线器和交换式集线器，均运行在数据链路层上，如使用路由器，可将LAN连接到其他LAN，从而建立起互联运行。然后，给予每个LAN一个网络地址。互联运行的最好例子就是互联网(Internet)。有可能一个LAN是工业自动化系统而另一个LAN是信息系统，两个LAN通过路由器彼此链接。然而，在工厂内的结构化接线通常并不直接支持这样的接线。此外，配置路由器比配置VLAN，其难度要大得多。我们期望的是：信息系统和工业自动化系统在同一个LAN上，但它们在逻辑上分隔为两个LAN，这就是VLAN能在一个LAN内，所有的站连接到中继型集线器。全部站点侦听3种类型的发送——单播、组播和广播。这种情况是不可能建立起分隔的VLAN，因为没有一个限制通信量的方法。VLAN的一个基本要求是使用交换型集线器，通过观察其进入端口接收报文中出现的源MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)，一个交换机能了解站点的位置。MAC地址-端口号的关联(Association)就这样登录在其筛选数据库内。以后，所有指定到存储在交换机筛选数据库中的某一个MAC地址的发送只能导向到与该MAC地址关联的
端口。如接收到一个没有关联的MAC地址，则发送将涌向所有端口(除该接收的端口外)，也就是说，这时交换机的功能如同一个中继式集线器。以上对组播或广播报文均适用。由于交换机限制单播报文，只能到有关的站，因此其性能比中继式集线器有明显的改进。正是这种筛选能力用于VLAN的开发，通过建立到交换机端口的VLAN关联，一个单独的交换型集线器经过这样的配置，其作用如同若干个独立的交换型集线器。
熟悉现场总线接线的人们经常抱怨工业以太网的一个方面，那就是它坚持
TIA/EIA-586-A限定的星形拓朴结构接线。现场总线是以总线拓朴结构接线的，因此不需要使用集线器。由于所有的发送均和现场总线的通信业务有关，因此亦没有必要分隔发送。结构化接线标准只支持星形拓朴结构，所以不支持总线拓朴以太网标准如10BASE2。然而正是星形拓朴允许我们建立VLAN，由于一个，只允许一个站连接到集线器上的一个端口，通过端口的关联就可以知道站点的确实位置，因此使用交换型集线器技术能建立起VLAN。
端口VLAN
有多种方法可以建立VLAN，但最容易理解的是端口VLAN。交换机建立了一个MAC地址和端口号的关联，需要增加的是一个VLAN关联，这通过配置一个支持VLAN的交换机来完成。即插即用(Plug and Play Switch)交换机不可能支持VLAN——因为它不可能通过操作员的干预来改变其个性化特点。例如，在一个有16个端口的交换机中，我们需要建立编号为1到3的3个分隔的VLAN。当配置时，我们将交换机上的每个端口关联到与之相应的VLAN。然后位于每一个VLAN分配(Assignment)即分隔的VLAN中的通信业务被限制于那些关联到此VLAN分配的端口。以该3个VLAN的交换机为例，我们建立和VLAN1关联的端口为1，2，3和4，一个在端口1的广播或组播报文只能发送到端口2、3和4而不能发送到其他端口。其他2个VLAN的运作方式与此类似，一个单播报文允许转发，这和任何其他类型的交换机相同，存在一个MAC地址一端口号的关联表，但是对端口VLAN添加到这个关联表的是VLAN的约束条件，因此，对一个目标地址，如存储器中没有与之对应的MAC地址-端口关联，则过滤(flooding)只限于该VLAN的端口组。当一个端口接收到来自另一个VLAN组的发送中的目标地址时，会发生什么情况呢？这个发送应该舍弃。
图2：在这个Port VLAN的应用，位于中间的服务器是逻辑地连接到所有3个VLAN。
图2描述的是包括3个VLAN的端口VLAN应用示例，虽然能增加更多的VLAN，但只有一个VLAN-aware交换机位于LAN的中部。其他不是VLAN-aware的交换机则作为有关VLAN的部件。在VLAN-aware交换机的每个端口，均和一个公共端口相关联，它驻留一个服务器。这个VLAN的重叠(overlapping)允许VLAN中的任何工作站访问该服务器。但是位于分隔的VLAN中的各个工作站相互并不知晓。
Port VLAN的一个主要优点是易于理解和方便作用。插座面板的端口可标志其有关的VLAN，连接特定的站到特定的VLAN很简单，只是移动软线就近连接。一个更简单的方法是使用软件来完成这些工作。通过重新配置VLAN-aware交换机可将物理端口重新分配到不同的VLAN。如你希望添加若干个交换机以扩展VLAN，你应该做什么呢？这是可能的，但需要对每个VALN的专用接线，这明显地限制了实现。因此，使用一个单独的VLAN-aware交换机的Port VLAN是一个最好的解决方案。注意，分隔的Port VLAN并没有改变以太网的帧、终端站并没有意识到这个VLAN结构，如能从以太网帧的内容了解到VLAN关联则可以获得更大的灵活性。这种性能称为隐含的标志(隐含于以太网帧内)，它允许VLAN使用相同的电缆结构来跨接多个交换机。
帧编码的VLAN方案(Frame Encoded VLAN Schemes)
对Port VLAN来说，它不改变以太网帧式或任何在以太网帧中隐含的标志，站点并不了解VLAN的结构，有一个建立VLAN的替代方案，如所使用的交换机支持多种不同方案的话。你只需简单地将特定的MAC地址关联到一个VLAN。通过这个方法，分配到该VLAN这个站可位于任何交换机的端口上，但仍然保持为连接到一个特定的VLAN。显然，更换该站时，所有的交换机需要对这个新的MAC地址重新进行配置。另一个建立VLAN
的方法是根据支持的网络操作系统来分隔站点，通过考察某些协议字段，报文帧只导向支持该操作系统的站点。当存在多个竞争的网络操作系统时，这些网络操作系统具有很不相同的以太网帧定义，因此这是一个普遍采用的建立VLAN的方案。目前倾向于接受通用TCP/IP协议的潮流已限制对帧结构的选择。还有一个方案是通过带VLAN信息编码的以太网帧来定义一个专用的协议。专用协议方案的问题是没有广泛的工业支持。为了获得广泛的工业支持，你需要有一个IEEE标准。
显性VLAN标志(Explicit VLAN Tagging)
自70年代中期以来，以太网已广泛使用。其最大帧长度(不包括前同步字段)总是1518个字节。对于工业自动化应用，这个帧的长度是相当大的，因为大多数携带I/O信息的报文比较短。但是，在经历这些年后，看起来1518个字节似乎仍然不够。为了定义一个普遍能接受的VLAN标志，IEEE 802.1Q委员会决定需增加4个字节，要考虑到站点和中继器能否处理超长帧的问题和这个新标准需求对IEEE 802.3进行修订。至此，我们以前有关帧的最大长度的说法已不再正确，当增加VLAN标志后，帧的最大长度应是1522个字节而不是1518个字节。
图3： 802.1Q VLAN标准，插入一个4字节的标志到标准以太网帧内。
IEEE 802.1Q VLAN标志方案称为显性VLAN方案，这与VLAN标志隐含于帧内容是不同的，显性VLAN标志是添加到帧的。4个字节的标志紧接在源地址字段之后和在类型/长度(Type/Length)字段之前(参阅图3)。首先的2个字节称为Tag Protocol Identifier(标志协议标识符)，其功能和类型/长度字段很相似。这2个字节的内容为0×1800，它可以被识别为一个VLAN标志，其后的2个字节是Tag Control Information(标志控制信息)。由于帧长度的增加，需要重新计算帧校验序列(FCS)，其余的以太网帧则保持不变。除以上变动外，可增加
或删去一个VLAN标志而不影响报文的内容和实质，2字节的标志控制信息包括用于IEEE 802.1P优先级的高低(对VLAN来说，没有什么意义)的3个位，称为Canonical Format Indicator(CFI，规则格式指示符)的1个位和用于标识VLAN的12个位，由于使用12位的标识符，因此可允许直到4096个VLAN。所有位均为“1”是保留的，所有位为“0”则指示不存在VLAN关联，其含义是标志只用于指示优先级的高低。除此之外，所有其它的校识符可用来指示一个特定的VLAN以及802.1P报文优先级的高低。
CFI用于指示帧内的位排列次序，这是与非以太网LAN通信时所面临的问题。由于我们只对以太网LAN感兴趣，因此将CFI位设定为“0”。
VLAN-unaware终点站和交换机(VLAN-unaware End Station and Switches)因为
802.1Q是在发表以太网以后20多年以后才问世的，在这以前，已有相当多的VLAN-unaware设备运行于现场。虽然一个终端站可能会接收到加长的以太帧，但软件驱动器是否会“阻塞，Choke”接收到的一个0×8100以太网协议的标识符，因为它过去从未遇到过？对终端站来说，最好的实施方法是它不会见到VLAN标志，除非它经过改进后能这样做。可以肯定现场已安装的大量传统装置，其终端站是VLAN-unaware，一个VLAN-aware终端站是它能接收和使用802.1Q VLAN标志。因此可将这个终端站称为tag-aware。然而，对交换机来说并不总是对的，一个VLAN-aware交换机能建立起VLAN-port关联，但未必能理解802.1Q标志，Port VLAN交换机就是一个很好的例子，tag-aware交换机不但能理解802.1Q标志，也能建立起VLAN-port关联。
VLAN边缘交换机(VLAN Edge Switches)
如在VLAN-aware交换机上的一个端口接收到一个由VLAN-aware站启动的发送，它只是简单地读取VLAN分配的值，并将帧原封不动地转发给其筛选数据库中有关该特定VLAN分配的那些端口。然而，如果接收到的一个发送来自VLAN-unaware站，则tag-aware交换机必须添加一个VLAN标志到接收的帧，这个标志应等同于原先为这个接收的帧而建立的VLAN关联，该关联基于以前所描述的MAC地址，协议ID或端口位置。
不论应用于VLAN的关联规则是什么，用于该VLAN的标识符必须和用于VLAN标志的标识符相同，新的帧(添加VLAN标志后的帧)转发到输出端口或转发到交换机筛选数据库中的端口。
为了限制将VLAN传送到VLAN-unaware终端站，tag-aware交换机应具有在输出
端口删除VLAN标志的能力，一个边缘交换机就有这种功能。边缘交换机驻留于
VLAN-aware和VLAN-unaware域的分界。一个边缘交换机能从一个VLAN-aware站读取一个VLAN标志或从一个VLAN-unaware站添加VLAN标志到一个帧以及采用适当的转发操作。在边缘交换机将帧转发到其输出端口之一时，它观察其自身的表格以确定是否驻留
VLAN标志或除去VLAN标志。如报文发送到VLAN-unaware站，则必须剥离VLAN标志，如报文发送到核心VLAN交换机，则必须保留VLAN标志。
VLAN核心交换机(VLAN Core Switches)
核心交换机理解VLAN标志，它驻留在VLAN的主干，通常只连接到边缘交换机，因此它的转发规则更为简单和可以更快地实现。所有进入的帧具有VLAN标志，所有离开边界的帧则保持这些标志，筛选数据表只包括4094个可能的VLAN和输出端口分配，不需要知道源地址。实际上，可以将边缘交换机配置为核心交换机。为了避免导致混淆，因此在一个设备中不能有两种类型的VLAN-aware交换机。对此，限制只使用边缘交换机是一个答案。即使根据802.1Q标准，允许有4094个VLAN，但不是所有的交换机能同时支持如此众多的VLAN，你能想象得出，配置和维护这么多的VLAN将是何等的复杂吗？
移动性(Mobility)
如便携式计算机能连接到LAN内某一交换机上的任何可提供的空闲端口和能在一个特定的VLAN上观察工业自动化系统的运行，这将带来莫大的方便，为了有效地实现这样的功能，便携式计算机必须是VLAN-aware设备，并且必须编程所连接的交换机，从而允许访问该特定的VLAN。这通过能到达此VLAN的一个生效的VLAN-port关联实现，使用一个带隐性标志的VLAN-unaware便携式计算机来完成上述任务则要困难得多，但不是不可能。为了使连接到便携式计算机的端口开放，需要重新配置在VLAN路径上不同的交换机，使用Port VLAN方案是不实际的。
图中表明结合IEEE 802.1Q标志和边缘交换机的一个典型的VLAN，每个边缘交换机使用一个单电缆，连接到一个核心交换机。在VLAN-aware域内，边缘交换机必须发送有VLAN标志的帧以识别帧-VLAN关联。为了任何边缘交换机能访问所有可能的VLAN(保证移动性)，连接到核心交换机的端口必须和所有可能的VLAN相关联。
图4：通过使用802.1Q标签可达到最灵活的VLAN布局，
边缘交换机允许使用VLAN-aware站和VLAN-unaware终端站两者。
结论
VLAN是将一个较大的LAN分割为可管理的子网络的有效手段。VLAN限制广播域，改进性能和提高安全性，并且是隔离工业自动化系统和IT系统，但同时又保持设备原有的结构化接线的理想方案。实现VLAN的最简单方案是Port VLAN，然而最有效的VLAN设计方案是IEEE 802.1Q VLAN标志的标准，它允许用户能够从LAN上的任何点访问任何VLAN，从而显著地提高移动性。
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工业以太网入门教程[第3讲]——光纤及光纤传输系统介绍
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：4527
一、光及其特性：
1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是：390-760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1300nm，1550nm三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类：
1.光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类：
A. 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，
这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300 μm。
色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。
突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
4.常用光纤规格：
单模： 8/125μm， 9/125μm ， 10/125μm
多模： 50/125μm 欧洲标准
62.5/125μm 美国标准
工业，医疗和低速网络： 100/140μm， 200/230μm
塑料： 98/1000μm 用于汽车控制。
三.光纤制造与衰减：
1.光纤制造：
现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法.
2.光纤的衰减：
造成光纤衰减的主要因素有： 本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
本征： 是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
弯曲： 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
挤压： 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质： 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
不均匀： 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接： 光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
四.光纤的优点：
1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
2. 无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。
3 不受电磁场和电磁辐射的影响。
4. 重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。
5. 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。
6. 使用环境温度范围宽。
7. 化学腐蚀，使用寿命长。
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工业以太网入门教程[第4讲]——如何选择工业以太网产品
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作者:科动 浏览次数：4384
CTRLink产品家族由集线器、交换机、接口转接器、路由器及网络视频产品。集线器标识中继集线器而交换机表示交换集线器。接口转接器提供双绞线至光纤电缆的转接。
现代工业以太网网络的接线采用双绞线或光纤的星型或环形拓扑。如果网络连接的设备超过两个，需要集线器，它有两种基本的形式－集线器和交换机。中继型集线器是最简单的集线器，它工作在物理层提供了网络扩展的最简单方式并兼容碰撞检测的规则在半双工共享型以太网中加强了内涵。在不超过碰撞域的地理距离或电缆距离的限制下，最多可级联四个集线器。中继型集线器工作在10Mbps。可通过EI系列和EIM迷你型系列实现。
交换集线器实际上定义为网桥，即数据链路层设备。网桥允许两个或多个以太网网络的链路，碰撞域在每个网络中有了分割。使用交换机的优点是扩展规则更加简单，理论上允许交换机没有限制地级联。交换机亦可配置在全双工方式下，消除半双工、共享型以太网网络。交换型集线器包括EIS系列、EISM迷你型、EISC可配置型、和EISX紧凑型可管理和不可管理型。连接光纤网络至双绞线网络可通过集线器或交换机实现。接口转接器的功能类似。与集线器类似，接口转接器定义为物理层设备。接口转接器设备包括EIMC迷你型接口转接器。
协议
以太网定义了ISO OSI开放系统互联标准模型的物理层和数据链路层。在这两个层上定义了多个协议，其中以TCP/IP最流行。即使在TCP之上，针对自动化行业有多个应用层协议，如Ethernet/IP，PROFInet,HSE,MODBUS/TCP,BACnet和一些私有协议。由于CTRLink产品基于以太网技术，这些产品可在所有协议上工作，包括TCP/IP。在选用CTRLink时，协议并不是考虑问题。
供电
安全和方便起见，CTRLink产品工作在可调整的或不可调整的低压直流或交流电压。直流电压的范围是10V~36V。交流电压的范围是8~24 V，47~63Hz。电源消耗按不同型号而变，但通常为5瓦或低于5瓦。CTRLink产品提供了多电源的连接，接受宽范围电源管理策略。电源可来自其它设备使用的变压器电源，次级接地或不接地或来自公用的直流电源亦可。无需使用单独的变压器，但如果需要亦可。采用直流供电的控制面板，可提供多余的电源用于冗余电源的连接以接入备用的电池系统。直流连接具有电压接反保护。电源接头采用可插拔方式方便现场接线。
兼容规范
所有CTRLink产品兼容欧盟的CE marking要求。在EMC方面，CTRLink产品兼容信息技术设备在工业分类下的抗干扰、抗辐射要求。
所有CTRLink产品兼容UL508－Class 2(低压、有限能源)供电的工业控制设备。这是一个流行的工业自动化标准，通常在控制面板上有要求。
其它CTRLink型号经过了UL1604批准－用于ClassⅠ,Ⅱ Division 2 和Class Ⅲ 危险地区的电器设备。CTRLink列出的设备符合Class I, Division 2, Group A,B,C和D，允许的温度范围为0~60。这个标准在过程工业中可以找到。
另外，CTRLink产品作为一个元件经UL864(用于防火信令系统的控制单元)认证。该标准在楼宇自动化工业使用，OEM须提供此认证。认证后的CTRLink产品即被认为系统中的原件。
速率
工业以太网的最低速率为10Mbps。有些设备仅能工作在此速率下。但是，大部分设备都工作在100Mbps或更高。如果所有设备工作在10Mbps，可以使用中继型集线器。如果可以工作在100Mbps，必须使用交换机。所有CTRLink交换机可工作在任何速度上。在双绞线端口上，速度设定可通过自动协商实现或手动。光纤端口速率可手动设定。
温度范围
所有CTRLink产品支持标准的工业以太网温度范围0~60。该温度范围与安装在密封的、不通风或不进水的所属的设备如PLC和输入输出模块一致。对于安装在加温或不加温装置内设备的室外应用，EISX系列可支持扩展的-40~75的温度范围。
安装
工业控制设备通常通过紧固件安装在控制箱内容的面板上或直接安装在DIN轨上。一些产品支持这两种方式，另一些仅支持DIN轨安装。最常用的DIN轨尺寸是TS-32和TS35。
外壳
基本上有三种类型的外壳。标准型为156mm高的铝制外壳。这是最通用的款式提供最多的端口(16)。应用中如需更小尺寸，79mm高度的迷你型塑料外壳是解决方案。剩下的款式即是96mm高度的迷你型铝壳。所有CTRLink产品用于用户控制箱内或设备箱内的安装，可通过它的防护等级看出。
功能性
所有CTRLink产品开箱即可工作，不需要调整或只要小小的调整就可投入使用。我们称为“即插即用”模式。在“即插即用”模式下，CTRLink产品自动按环境进行调整。对于集线器和接口转接器产品，这是标准模式使得安装简单。但，在一些交换机产品上，提供了多个集线器和交换机没有的特性，可通过控制端口进行配置。
所有交换机产品可工作在即插即用模式，利用自动协商协议设定诸如速率、双工和流量。这些特性一旦链路与所联设备连上即进行协商。配置型产品如EISC系列的上述特性可对单个端口逐个进行配置。这个产品也支持高级的联网特性如中继、VLAN和QoS－所有产品都可通过控制端口进行配置。
交换机最上乘的功能可通过EISX系列管理功能实现。配置可通过控制端口或EISX内部的web server实现。管理功能意味着设备支持简单网络管理协议(SNMP)提供额外的监测和报告功能。EISX带管理型也提供了先进的网络功能，包括端口镜像、多播过滤和快速生成树协议。
自动协商协议
自动协商协议可在CTRLink交换机的即插即用型特性中找到。协议允许基于两个连接端口间最高的共同性对端口和所连设备参数进行自动配置。速率、半双工/全双工及流量控制都通过此方式设定。全双工方式可使用PAUSE方案，半双工方式可使用backpressure方案。在某些CTRLink产品上被禁止，端口配置通过手动进行。光纤产品不支持自动协商所有它们的参数必须手动设定。
双绞线端口
在所有双绞线端口上提供了带屏蔽的RJ45接头，可采用带或不带屏蔽双绞线电缆。双绞线端口的数目依型号不同而变最多为16个。这些端口都接成了集线器和交换机产品上常见的MDI-X(内部交叉)。有些CTRLink产品带有交叉连接(MDI)允许采用直通电缆级联集线器和交换机。没有此特性的型号级联需要采用交叉电缆。带管理功能EISX可对提供自动交叉连接的自动-MDIX特性进行允许。
光纤
所有CTRLink产品最少有一个双绞线端口。在某些型号上可提供一对或两对光纤端口。1一对光纤用于网络末端应用，两对光纤支持菊花链型光纤骨干网方案。光纤接头有ST或SC。在10Mbps下，支持多模850nm选项，采用ST接头。在100Mbps下，支持单模或多模1300nm。多模接头可以是ST或SC接头，但SC接头用于单模型号。
广播风暴控制
广播是从一个站点向网络中所有其它站点发送，通常在配置过程中使用。尽管此方式对网络无害，由一个有问题的站点发出过度的广播信息会消耗网络带宽，因而禁止其它，更多有用的信息发送出来。该广播风暴可通过带有此性能的产品进行最小化。
LED显示
所有CTRLink产品都有LED显示，以帮助操作者理解在集线器、交换机和接口转接器上的单个端口状态。依据型号和产品的复杂程度，LED显示功能有多种。通常显示的是，电源、链路、活动、速率、碰撞或双工。
先进特性提供更高的性能
所有CTRLink产品工作在即插即用方式，但附加的功能可在可配置(EISC)和管理(EISX)交换机型号上找到。这些型号支持的特性必须在投入使用前正确地配置，进而为获取更高性能提供方法。
信号强度显示
EISC支持一种独特的监测双绞线信号强度的方式。在一个配置屏幕上的小型条状图形显示可以描述每个端口的接收强度。该信息在检查接线出错时有用。
固定端口设定
设定端口参数如速率、双工和流量控制通常采用自动协商协议实现。但有时，用户也想对这些参数进行预设以保证快速可靠的启动。通过固定端口设定特性，自动协商协议可禁止，在每个端口上的单个参数可手动设置。
出错继电器
在某些型号，一个表示常开继电器触点的形式可用来表示在网络中存在出错状态。通常的错误是在一个交换机端口上丢失链路。出错继电器可编程触发某个端口状态。开闭情况(是出错时闭合还是打开)亦可编程。
控制端口
为了对多个先进的特性进行配置，在可配置和管理型产品上提供了控制端口。它由DB-9接头(male)组成，接成DTE端口，速率设定在9600波特率(8位数据、无极性、一个停止位)。在EISC，控制端口连至PC串口并运行基于Windows的配置程序。在EISX，控制端口需要一个终端仿真程序如HyperTerminal。
Modbus协议(RTU，从站)
Modbus协议是一个有名的可从一个主站访问多个工业设备的简单协议。EISC产品支持这个协议。对于熟悉这个协议的人来说，使用功能码3(Read Holding Registers),6(Preset Single Register)和16(Preset Multiple Register)配置和访问EISC的状态非常容易。通过寄存器的传送，监管的主站PLC可监测单个交换机端口的状态。
中继
中继或链路聚合，是提高交换机与交换机连接的吞吐量的方法或称之为骨干网连接。通过分配单个端口为骨干端口，在交换机间可产生平行路径以提高吞吐量。这种方法的不利一面是减少了连接设备的可用端口的数量。
服务质量(QoS)
服务质量是对某些传送授权优先权的方法。有多种方案存在。有些方法基于端口与端口的基础授权，其它方法检查发送的以太网帧的字段。在EISC和EISX型号上，QoS支持有所不同。
虚拟局域网(VLAN)
VLAN允许网络通讯通过一个交换机进行逻辑分隔，产生更高的性能和高度的网络安全。交换机上的端口必须分配给单个的VLAN，因此， VLAN通讯仅局限在这些端口
上。EISC和EISX都通过端口分配提供了VLAN支持。
简单网络管理协议(SNMP)
EISX提供管理功能选项。管理型交换机定义在对SNMP的支持。管理型交换机作为SNMP代理工作，维持一套标准化的对象如提供了交换机上多个端口状态信息的MIB II(管理信息库)。通过管理软件，可设置陷入以在交换机正常工作时对感兴趣的事件进行触发。
自动－MDIX
该特性提供了自动交叉功能，避免了单个上连端口的使用或交叉电缆的使用。带有自动－MDIX允许的端口可决定在链路通讯时决定正确的连接。
端口镜像
交换机将通讯仅限制在与某次传送有关的端口上。这消除了将无关的信息发送到其它端口上。
多播过滤
多播指一个站发送至多播组内的其它端口。由于交换机通常对目的站点的位置不了解，它会对所有端口发送，交换机的优势没有了。通过分配端口至多播组，通讯量降低在感兴趣的端口，避免了无用的信息发送至组外设备。
静态转发表
交换机维持站点地址和端口分配表。这些表通过观察以太网帧内的源地址以自学习方式连续不断地更新。这个自动方式可通过手动直接分配地址到地址存储器内进行覆盖－避
免了地址表间歇地更新。
快速生成树(RSTP)
快速生成树协议(IEEE802.1w)是一个生成数据传送冗余路径地标准方法，因此生成了一个高水平的可靠性。与私有的光纤环路协议不同，RSTP不要求光纤的唯一使用，允许附属的冗余路径。恢复时间通常为1秒或更少。RSTP与原来的IEEE802.1d快速生成树协议(STP)保持向后兼容，STP的恢复时间比RSTP慢。
OPC服务器
用于控制行业内的交换过程数据的OPC是个流行方法。拥有一个OPC服务器，受管理的交换机数据可提供至兼容的人机界面用于与其它过程数据一起显示，允许了整洁一致的屏幕外观。
Web 服务器
交换机内置了web服务器后，对交换机的配置可通过一个标准的web浏览器在以太网上实现。这也是一个好的方法以确保网络的准确工作，特别是在远程地点。
内部温度传感器
SNMP的优点是设备供货商可定义一个私有的管理信息库(MIB)以访问供货商产品的一个特殊特征。EISX产品中的内部温度传感器就是一个例子。一个管理程序可访问EISX的内部温度并在温度过高的情况下设定一个陷入。
现场升级软件
科动控制公司将不断地优化它的交换机产品，增加相应的功能。免费的软件升级可
通过www.ctrlink.com.cn进行并可下载至现场安装的设备。工作站上运行的配置软件升级亦可下载。
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工业以太网入门教程[第5讲]——选择正确的产品需要考虑的问题
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：3461
CTRLink工业以太网产品家族包括几个系列的产品，分别归类为集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频产品。现代的工业以太网网络都是以星型方式用双绞线或光纤连接 的。如果网络需要连接两个以上的设备，则需要使用集线器或交换机。集线器是物理层的设备，提供简单的网络扩展，只要遵循冲突检测和在半双工的共享以太网网络中的增强继承的规则即可。只要不超过冲突域的距离局限或线缆的局限，我们一次可以使用四个集线器。集线器在10Mbps速率下工作。科动有EI系列和EIM迷你型系列的集线器。
交换机实际被归类为“网桥”，是链路层的产品。网桥使两个分开的以太网网络连接起来，但却将各自网络的冲突域分隔开来。使用交换机的好处是扩展的规则非常简单，可以级 联，理论上没有数量上的限制。交换机也可以设置为全双工通讯，排除了半双工共享以太网中所具有的冲突域。科动的 交换机有以下几个系列：EIS 互联型、EISK蝎王型、EIBA BAS 型、EISM 迷你型、EISC 可配置型、EISＸ、EICP 紧固型管理和非管理交换机。EISB蓝锻精密型也有管理和非管理的分类。
将一个光纤网络连接到双绞线网络可以用集线器或交换机，也可以用接口转换器来连接。接口转换器是归类于物理层的设备。科动的接口转换器有：EIMC迷你型接口转换器，宽 温型号可选。
通讯协议
在ISO公开系统互联参考(OSI)模型里，以太网是定义在物理层和链路层的协议。在数据链路层上有许多协议，以TCP/IP最为突出，甚至在TCP/IP之上，还有几个专门针对
应用层的协议Ethernet/IP，PROFInet，HSE，MODBUS/TCP，iDA，BACnet，以及一些私有的协议。由于科动的产品是基于以太网的技术，我们的产品和这些协议包括TCP/IP都可以兼容。我们的CTRLink集线器、交换机或接口转换器在这些协议下都可以正常的工作。
电源
从安全和方便的角度考虑，科动的CTRLink产品可以在低压直流或交流的电源下工作。直流电压从10V到36V。交流电压从8V到24V，47到63Hz。电能消耗根据产品型号由4到20瓦不等。科动的CTRLink产品有多种电源连接可选，为您的电源管理提供各种方案。CTRLink产品可以使用接地或非接地的控制变压器提供的电源，既可以和其他设备共享，也可以使用共用的直流电源。通常，没有必要使用单独的变压器，如果真有需要，科动也可以提供。直流供电的机柜里，常有多余的连接，可以通过备用的电池系统提供冗余供电。直流连接通过反电压的方式得到保护。电源接头可以拿掉，以方便现场安装。
通信速率
工业以太网的最低通信速率是10Mbps，有些设备只能在这个速率下工作。其他的设备则可以在更高速率下工作，即100Mbps，或者两种速率都可。如果所有设备都可在10Mbps速率下工作，则可以考虑使用集线器。如果要达到100Mbps速率，则必须使用交换机。所有科动CTRLink的交换机都可以在两种速率下运行。如果是电口，速率是自动协商达成的，如果是光口，则需要手动设置。
严格的工业环境认证
所有CTRLink产品都符合欧盟对CE标识的要求。对于电磁干扰(EMC)的兼容性，CTRLink产品符合工业级别归类下的资讯技术设备(ITE)的认证。所有CTRLink产品符合UL508工业控制设备的要求。同时它们也符合c-UL 认证，CSA C22.2 编号14-M91认证。部分
CTRLink产品获得 UL1604 和 c-UL C22.2 编号 213-M1987，即在Class 1，Division 2
恶劣环境电气设备的认证。CTRLink?的部分认证产品符合Class 1,Division 2中A，B，C和D组标 准—温度等级达到Ｔ4A，室温可以达到60℃。这是过程控制行业中常见的标准。
还有一些CTRLink产品已经取得UL864—防火保护信号系统的控制产品的认证。这是楼宇自动化行业的一个标准，要求楼宇自动化的原设备生产厂商(OEM)都必须使用有此认证的产品。
安装
工业控制设备通常用螺丝紧固或钉轨的方法安装在控制机箱里。大部分科动产品两种安装方法都可以，少量产品只支持钉轨安装。最常用的钉轨尺寸是TS-32和TS-35。
外壳
科动产品有几种不同款式的外壳。标准的款式是156毫米高的铝制外壳。这是最常见的一种款式，最多有24个接口。如需要小型的交换机，我们的79毫米高的迷你型塑料制外壳产品是最好的选择。同时我们还有专为楼宇自动化和工业自动化设计的小型交换机，非常适合OEM使用或贴牌生产。还有一种款式是紧固型的外壳，95毫米高。所有的CTRLink产品都是为了适合客户对控制板或机柜的要求而设计，这一点 在产品的防护等级上也有反映。
功能
所有CTRLink集线器，交换机和接口转换器都可以直接使用，基本不需要做什么调试或设置，这种状态我们称之为“即插即用”。在即插即用系列中，产品可以针对通信自适应调节。对于集线器和接口转换器，即插即用是标准的模式，安装非常简单。但有些交换机提供一些在集线器和接口转换器中没有的功能，需要通过串口配置来进行功能设置。
所有科动交换机可以在即插即用状态下工作，使用自适应的协议来对某些功能进行
设置，比如：速率、双工和流量控制。这些功能是在产品联网启动后自适应设置的。对于可配置型的产品，如EISC系列，这些功能可以在各个端口进行设置时实现。EISC系列同时拥有一些高级的网络功能如Trunking， 端口VLAN和服务质量(QoS)。
交换机的终极功能可以在EISX、EICP和EISB系列的管理产品中体现。管理功能设置可以通过交换机上的串口配置或Web浏览器进行设置。我们所说的管理功能包括：提供监测和报告的简单网络管理协议(SNMP)。管理型的交换机提供更为先进的网络功能包括端口镜像、multicast数据过滤和网络冗余(即科动的RapidRingTM、Trunking 或 RSTP)
广播风暴控制
广播是从网络中一个站点到所有站点的发送，通常在功能设置时产生。广播风暴通常没有什么坏处，但过多的广播信息可能占据网络带宽，使其他更重要的信息无法传递。这种广
播“风暴”可以通过对CTRLink产品的设置将其影响减到最 小。
自适应协议
自适应协议是CTRLink交换机上的一个即插即用功能。这个协议根据两个产品的最高配置对其端口自行设置。像速率、 半双工和全双工速率控制都是如此设置的。全双工的操作下，可以进行PAUSE的设置。半双工的操作下，可以进行后压力 (BACK PRESSURE)设置(无自协议)，部分CTRLink产品的自适应可以取消，以便进行人工设置。光纤产品(不包括100 BASE-SX)不支持自适应协议，所以必须通过人工设置参数。
电口
无论是屏蔽还是非屏蔽线缆，所有双绞线电口中都有屏蔽RJ-45的端口。端口数根据产品不同而有所不同，最多可达24个电口。这些端口全部使用MDI-X连接(内部交叉)，这也是集线器和交换机中标准的做法。部分CTRLink产品含有交叉连接(MDI)，可以用直联
线缆对集线器或交换机进行级联。没有这个功能的产品则需要用交叉线来实现级联。有些型号支持AUTO-MDIX功能，提供自动交叉的连接。
光口
所有CTRLink产品至少有一个电口。一些产品有一到两对光口。一对光口的产品是为了连接终端产品，两对光口的产品是为了使用光纤提供骨干通信。光口接头可以是ST型号，也可以是SC型号。10Mbps型号，用ST接头和多模850m光纤。100Mbps的型号，可以选择ST或SC接头、单模或多模(1300nm)光纤。多模光纤可以选择ST或SC接头，单模光纤则必须选择SC接头。其他型号的光纤接头需要和我们直接 联系。
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工业以太网入门教程[第6讲]——什么是CTRLink?为什么选择CTRLink来代
替办公级别设备?
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：4367
CTRLink是由集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频转换器等组成的一个工业以太网产品家族，这些产品用来连接一些现代的工业自动化设备。科动控制公司将工业以太网定义为符合电气电子工程学会（IEEE）802.3系列标准的一种技术，专为商业和工业环境下系统的强度要求而设计和制造。以太网技术已有30年的历史，它经过多次修正后，正成为下一代工业控制、流程控制和楼宇自控等方面的局域网络的选择。
为什么选择CTRLink来代替办公级别设备?
办公级别的以太网产品也符合IEEE802.3标准,可与CTRLink设备进行通讯。但有几个因素使CTRLink产品在工业和商业环境中使用时大大优于办公级别的产品。
温度
办公级别设备通常的规格为5℃到50℃的温度范围,而工业控制器比如PLC的工作温度则规定为0℃到60℃，以太网的设备应该和它相连接的设备有相同的温度级别。很多室外运用则要求设备工作温度为-40℃到75℃的范围。这个温度范围使办公级别的以太网设备望尘莫及。
安装
控制设备通常安装在小型柜板上，然后再安装在机柜中。设备固定或者是用螺丝安装，或者是嵌入到钉轨上。CTRLink可以安装在钉轨上，形成一个非常利落、干净和稳固的防震安装。CTRLink产品和其它工业设备外观上也非常映衬。而办公级别的设备只是桌面放置，无法提供稳固的安装。很多 时候，这些办公级别设备只是被搁置在一个地方，或者是简单的用双面胶布粘上即完事。总而言之，在工业控制机柜中，没有办公级别设备的立足之处。
工业设备认证
我们的产品虽然使用的是普通以太网的标准，却符合各种工业协会和组织对相关工业设备的认证要求。办公级别的以太网设备很少有符合工业自动化甚至是楼宇自动化的独特的认证要求。CTRLink产品的设计和测试，都是以工业设备中要求的电磁兼容性的超高要求为标准。所有的产品都是作为工业控制设备取得UL508认证。它们同时有c-UL，CSA C22.2 No.14 - M91认证。CTRLink中一部分产品取得了UL1604和 c-UL C22.2 No.213 - M1987 的认证，这是对在 Class 1，Division 2恶劣环境下使用的电气设备的认证。还有一部分产品获得了烟火防范必须的UL864认证。我们所有的产品都有CE认证标识，适合欧盟国家的使用标准。
电源供应
工业系统通常是由共用的低压控制变压器或直流供电提供电源。CTRLink系列产品可以在适合各种控制设备中的宽范围的交流和直流供电下工作。这种灵活性的关键是一个
宽范围的直流对直流的转接器，可以通过一个大容量的电容来控制工厂供电中常有的电压的高低不稳现象。我们的产品还提供了更多的方式来达到冗余供电，以保证最大限度的系统运转不中断。办公级别设备需要插入墙壁电源的变压器供电，对控制柜内使用的产品来说非常不方便。而且还有可能意外的断开，形成极不稳定的供电方式。
增强扩展的产品生命期
世界级别的原设备生产厂商(OEM)都要求采购的设备有很长的产品生命期。不需要经常坏损的产品，更不愿意看到由此 带来的额外费用。尤其是OEM的设备已经取得了相关的认证并受到认证机构的来厂监督，这样他们对供应商的产品生命期及其认证的真实性有超高的要求。科动控制公司倾其所能确保CTRLink产品线具备这些公司要求的产品生命期。办公级别的设备就无法做到这一点，而且它们经常有各种各样的 产品更新无法通知到用户，使用户无法在一段时间内保持设计和功能的一致性。
快捷的技术支持
科动控制公司认为工业以太网是一个功能非常强大的技术， 但真正的理解它并为客户去服务并不是一个简单的事情。科动公司一直以培育这个市场以达到用户真正了解工业以太网的功能和优势为己任。我们在全世界各个工业市场做了大量的研讨会、文章发表、论坛、免费网站课程以及通过我们定期EXTENSION简报文章来由浅入深的讲解这门技术的方方 面面。我们提供快捷的电话和现场技术支持，引导我们的客户利用CTRLink产品系列实现最优化的工业以太网在控制系统中的运用。还有一个明显的例子，就是科动公司为了培 育工业以太网行业所做的永久承诺，我们成功的开办了工业以太网大学的网上版: www.IndustrialEthernetUniversity.com.cn (中文版在2005年即将开通)
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工业以太网入门教程[第7讲]——CTRLink产品的高级功能
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：3578
所有CTRLink 的集线器、交换机和接口转换器都可在即插即用状态下工作，但更多的功能则需要在可配置型(EISC)和管理型(EISX，EICP，EISB)的型号中得以实现。这些型号所支持的功能必须首先得到合适的设置，以便在使用中发挥起 卓越功能。
信号强弱指示
EISC系列产品对双绞线的信号强弱提供独特的监控报告。在其中的一个配置界面上有一个小的信号显示图形，表明每一个端口的信号强弱。这对于分析接线中出现的问题非常有帮 助。
固定端口设置
设置诸如速率、半双工和全双工、流量控制等参数通常是通过自适应协议来实现的。但是有些时候用户希望提前进行设置这些参数以便更快更稳定地启动交换机。使用固定端口设置可以使自适应协议停止工作，以便人工对每一个端口进行设置。
服务质量(QoS)
服务质量是为某类信息发送提供优先的方法。实时的或I/O信息应该给予最优先的考虑，而配置或实施信息则应该给予低优先考虑。交换机有多种方法来实现这一个功能。最普遍的方法是以端口为基础的服务质量，每个端口分配一个优先水平，所有在某个端口的信息都享有同样的优先水平。另外一个方法是基于源MAC地址，不同的MAC地址给予不同的优先水平。还有一种方法是基于以太网帧节中IP部分的内容， 这个叫做区别性服务或不同性服务。八位服务类别的值决定优先程度。 最后一个方法是基于包含IEEE 802.1Q VLAN标 记的以太网延长帧节。在这个标记中是一个由IEEE 802.1P 定义的三位的优先水平域。EISC、EISX、EICP和EISB产品系 列的服务质量都有所不同。
出错继电器
科动的部分产品提供“A”形式的继电器连接(通常处于开通状态)，将网络中存在的问题以低压信号的方式传递到监控系统中。通常见到的问题是交换机的一个端口掉线。出错继电 器可以程对某些端口状态进行报警监控。
串口
我们在可配置型和管理型交换机中提供一个配置串口进行功能配置，用于设置各种高级功能。它包括一个DB9公头连接器，以DTE端口的形式连接，设置为9600波特率(8位数据, 无校验,停止位)。在EISC系列交换机中，利用串口和运行在Windows系统的配置软件进行设置。在EISX、EICP和EISB 系列交换机中，使用Windows系统自带或超级终端软件来设置。
MODBUS协议(RTU，仆从)
MODBUS协议是一个很知名的简单协议，从一个主站点来连接多个工业设备。EISC系列产品的串口配置可以支持这个协议。对于熟悉这个协议的人来说，用功能3(读取寄存)，6(预设单独寄存)和16(预设多项寄存)可以非常容易的配置和读取EISC的通讯状态。这样主PLC可以通过寄存转移的方法来监控交换机每一个端口的状态。
虚拟局域网(VLAN)
VLAN使网络通过交换机进行逻辑化的分离，产生更高的吞吐量和网络安全。交换机上的端口必须分配到独自的VLAN中，这样使VLAN的通信限制在这些端口之间。EISC，EISX，EICP和EISB系列产品都通过简单的端口分配方式支持VLAN，但EISX，EICP和EISB系列同时支持延长的以太网帧节，包括 IEEE802.1Q VLAN标记。核心交换机可以识别并传播VLAN标记。而边缘交换机则会将无法识别VLAN的终端设备的 VLAN标记除去。相互交叉的VLAN则允许特定的设备可以到达多个VLAN网络，这个功能非常实用，因为不同组的设备 需要相互独立，一些共用的设备需要在这些多组的设备中实现共享。
简单网络管理协议(SNMP)
科动的 EISX，EICP和EISB产品系列可以提供管理型的产品。管理交换机定义为支持SNMP协议的交换机。管理交换机表现为一个SNMP的代表，有一套类似于MIBⅡ(管理资讯站)的标准化的对象，提供交换机上每个不同端口的数据状态。在交换机工作时，可以通过管理软件进行触发预设，对某些有意向的内容进行检查。
Auto-MDIX
这个功能提供接线自动转换，免除了使用单独的上传接口或使用交叉线的需要。有AUTO-MDIX功能的端口在上联时，自动确定连接方式。
端口镜像 (Port Mirroring)
交换机可以对某种信息发送进行限制，这样可以避免同样的信息发送到不相关的端口上。这个功能使利用协议分析软件来监控信息变得很困难。通过使用端口镜像，一个端口到另外一个端口的数据流量可以在其他端口得到复制，用于监控。
主干(Trunking)和链路聚合
主干，或链路聚合，支持IEEE802.3，是一种用来扩大交换机和交换机之间通讯吞吐量的一个方法，也叫骨干连接。通过将端口设置为主干端口，多条平行通路便在交换机之间形 成，使网络宽带增加。不利的地方是这种方法使连接设备的交换机可用端口相应减少。科动的管理型交换机，可以使用主干(Trunking)来实现冗余，网络断开恢复时间小于10毫秒。
环网冗余(RapidRingTM)
由科动控制公司研发的私有环网协议，可以提供环网网络中断后的冗余通讯通道。这个方法是基于和RSTP类似的概念但不支持网状拓扑结构。RapidRingTM 比RSTP性能
更高，但需要以环形的网络来实现。
多方信息过滤（Multicast Filtering）
多方信息是指信息以多站组的方式从一个站点发送到多个站点。由于交换机通常并不清楚自己想与之通信站点的位置，所以通常信息发送会淹没所有端口，使交换机的优势得到削减。通过将端口分配到多方信息组里面，通讯就减少至仅限于有意向的端口上，从而避免了将信息发送到该组之外的设备上。
静态转发表（Static Forwarding Table)
交换机有一个站点地址和端口分配的表格。这些表格通过观察学习以太网帧节里的源地址而不断地更新。这种自动方法可以用人工方法来代理。将地址直接分配到地址储存记忆中，避免了地址表格的定期更新。
快速生成树协议
Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP)快速生成树协议(IEEE 802.1w)是一个经过标准化的为数据通讯提供冗余通道和更高可靠性的一个方法。RSTP比私有环网提供更多的冗余通道。其恢复时间通常是1秒或2秒。RSTP与早先的恢复时 间更慢的IEEE 802.1D生成树协议(STP)可以兼容。
现场软件升级
科动承诺会不断更新我们的交换机产品和相应的功能。免费的软件升级可以在www.kedong.com.cn上下载，直接拷贝到现场已经安装的设备上。运行在计算机上的配置软件更新也可以免费在该网站上下载。
网络管理软件
网络管理软件可以通过SNMP协议和我们的交换机进行通讯。很多网络管理软件可以用来监控所有使用TCP/IP的设备。这样从一个软件就可以查看到所有网络设备的状态。科动提供以下网络管理软件：
IntraVUETM是科动的一个软件产品，可以将整个以太网网络图形化，提供整个网络的实时通讯状态和每一个设备的实时工作状态。
iSNMPTM是科动的一个软件产品，通过OPC服务器将SNMP数据提供给OPC的客户端设备。它也可以监控TCP/IP设备的工作状态。这样可以在一个人机界面设备上，对整个网络实施监控。
OPC服务器
OPC是控制行业里常见的用于数据交换的一个方法。一个有OPC的主机可以和我们的管理型交换机通讯，将数据传递到一个人机界面(HMI)的设备上，使数据以更方便和实用的方 式得以利用。
网络服务器（Web Server)
在交换机中安置Web Server，对交换机的配置就可以用一个标准的网络浏览器来实现。同时,这也是一个从远程来维护交换机以确保其工作状态良好的方法。
网络分析软件
虽然网络管理软件可以显示网络的工作状态，但有时需要对网络通讯中的信息进行分析，以便诊断和解决网络的问题。市面上有很多网络分析软件，它们从功能上和价格上都有不同。由于使用交换机的网络中发送的信息都是有针对性的，需要能够支持端口镜像功能的管理型交换机，以便监测网络上的绝大部分信息流通。科动的EISX、EICP和EISB系列产品都支持端口镜像。
内置温度感应器
简单网络管理协议(SNMP)的一个好处就是让设备供应商来定义管理资讯库(MIB)，以便得到供应商产品的特殊产品功能。在我们的EISB、EISX 和 EICP产品系列中就是如此。一 个管理软件或OPC服务器可以读取EISB、EISX 或EICP产品里的内部温度数据,并针对温度过高采取相应措施。
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工业以太网入门教程[第1讲]——工业以太网联网设备基本知识
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：7896
今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。这些都是最基本需要了解的产品选择因素。如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
集线器 (Hub)
相信绝大多数人都熟悉集线器。很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。集线器接收到来自某一端口的消息，再将消息广播到其它所有的端口。对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其它的各个端口。
在消息传递方面，集线器是低速低效的，可能会出现消息冲突。然而，集线器的使用非常简单－实际上可以即插即用。集线器没有任何华而不实的功能，也没有冗余功能。
非管理型交换机 (Unmanaged Switch)
集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能，相对集线器更加智能化。非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。另外，它具有一种称为“MAC地址表”的功能，能识别和记忆网络中的设备。换言之，如果端口2收到一条带有特定识别码的消息，此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。这种智能避免了消息冲突，提高了传输性能，相对集线器是一次巨大的改进。然而，非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。
管理型交换机 (Managed Switch)
以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。相对集线器和非管理型交换机，管理型交换机拥有更多更复杂的功能，价格也高出许多－通常是一台非管理型交换机的3～4倍。管理型交换机提供了更多的功能，通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。它可以自动与网络设备交互，用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。一些老设备可能无法使用自动交互功能，因此手动配置功能是必不可缺的。
绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能，如用于远程监视和配置的SNMP(简单网络管理协议)，用于诊断的端口映射，用于网络设备成组的VLAN(虚拟局域网)，用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。利用管理型交换机，可以组建冗余网络。使用环形拓扑结构，管理型交换机可以组成环形网络。每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径，当优先路径中断时自动阻断(block)备用路径。
管理型冗余交换机
高级的管理型冗余交换机提供了一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、安全性方
面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。构建冗余网络的主要方式主要有以下几种，STP、RSTP；环网冗余RapidRingTM以及Trunking。
1、STP及RSTP
STP(Spanning Tree Protocol，生成树算法，IEEE 802.1D)，是一个链路层协议，提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级，将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。生成树算法网络结构灵活，但也存在恢复速度慢的缺点。
2、环网冗余RapidRingTM
为了能满足工业控制网络实时性强的特点，RapidRingTM孕育而生。这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后300ms之内自行恢复。并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和SNMP设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。
RapidRingTM也支持两个连接在一起的环网，使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接，这些连接可以是冗余的，避免单个线缆出错带来的问题。
图解：用管理型交换机实现RapidRingTM环网连接，网络中断恢复时间小于300ms
3、主干冗余Trunking
将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口，并建立连接，则这些交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽，增强了网络吞吐量，而且还还提供了另外一个功能，即冗余功能。如果网络中的骨干链接产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递，保证网络的通讯正常。Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构，理论通讯距离可以无限延长。该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法，所以使网络中断恢复时间达到了新的高度，一般恢复时间在10ms以下。
图解：用管理型交换机实现Trunking主干连接，网络中断恢复时间小于10ms
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工业以太网入门教程[第2讲]——虚拟局域网介绍
提供:美国科动控制系统公司
作者:George Thomas, 美国科动控制公司总裁 浏览次数：5654
引言
局域网(LAN)是一种专用网络，通常局限于一个工厂的范围。虚拟局域网(VLAN)允许将一个物理上的单网络分割为若干个较小的逻辑LAN。VLAN限制广播域，提高安全性和改进性能，是用于从IT系统分离工业自动化系统的理想方案。
结构化的接线
从现场总线技术迁移到工业以太网的优点之一可从评论“我们的工厂早已接线到以太网。我不需要敷设专门的接线，因为双绞线早已存在”中找到。这就是事实，因为以太网电缆的安装遵照结构化接线的标准，如TIA/EIA-568-A Commercial Building Telecommunications Cabling Standard商业楼宇远程通信接线标准。根据这个标准将每个工作区的终端站接线到接线柜中的插座面板。这些插座面板还连接到安装在接线柜中的中继型集线器或交换型集线器(参阅图1)。终端站和集线器端口之间的交叉连接由短的跳接线实现。每个接线柜引出一根单线，它连接到位于设备室中的级联式集线器。所有接线柜馈送信号到设备室，设备室有可能不止一个, 但标准倾向于限制分层的层次数量。工厂车间级的装置以相似的方式接线，通过这种接线方式，所有车间中的站共享同一个LAN。
图1： 结构化的接线建立起一个集线器的分层。
共享同一个LAN并不总是一个好的理念。LAN典型地由IT部门维护，而信息技术越来越感兴趣于网络安全而不是最大化开工时间。断开一个被用户怀疑有故障的站，典型的做法是卸除跳接线，这对用户来说是很不方便的，而且对工业控制系统来说，这样的做法会给设备带来灾难性的损坏。因此，曾建议配置两个LAN——一个用于IT部门而另一个用于工业自动化系统。毫无疑问，这可以消除IT部门关于安全问题的担心。然而分隔物理上的接线，也许是不可能，再者也不方便。
需要分隔信息技术IT LAN 和工业自动化LAN还有另一个理由，一个LAN可认为是一个单纯的广播域。这就是说，广播报文(发送到所有站的报文)被发送到在LAN上的每一个站，对组播报文(播送到多个站但不是所有站的报文)，通常这也是对的。因为，如要接收组播报文的站的确实地址为未知，则所有的站将接收该报文。为了改进实时响应，工业自动化系统经常使用producer/consumer模式。在producer/consumer模式，由某一个站生成的原始报文为若干个称为consumer的站所接收。对以太网来说，这种模式会生成许多广播和组播报文，从而消耗LAN的整个带宽，因此并不适用。有什么方法可以保持在同一个物理网络但又允许分隔LAN的功能度呢？答案是肯定的，这就是本文要介绍的虚拟局域网(VLAN)。
VLAN的结构
一个LAN，包括站、中继型集线器和交换式集线器，均运行在数据链路层上，如使用路由器，可将LAN连接到其他LAN，从而建立起互联运行。然后，给予每个LAN一个网络地址。互联运行的最好例子就是互联网(Internet)。有可能一个LAN是工业自动化系统而另一个LAN是信息系统，两个LAN通过路由器彼此链接。然而，在工厂内的结构化接线通常并不直接支持这样的接线。此外，配置路由器比配置VLAN，其难度要大得多。我们期望的是：信息系统和工业自动化系统在同一个LAN上，但它们在逻辑上分隔为两个LAN，这就是VLAN能在一个LAN内，所有的站连接到中继型集线器。全部站点侦听3种类型的发送——单播、组播和广播。这种情况是不可能建立起分隔的VLAN，因为没有一个限制通信量的方法。VLAN的一个基本要求是使用交换型集线器，通过观察其进入端口接收报文中出现的源MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)，一个交换机能了解站点的位置。MAC地址-端口号的关联(Association)就这样登录在其筛选数据库内。以后，所有指定到存储在交换机筛选数据库中的某一个MAC地址的发送只能导向到与该MAC地址关联的
端口。如接收到一个没有关联的MAC地址，则发送将涌向所有端口(除该接收的端口外)，也就是说，这时交换机的功能如同一个中继式集线器。以上对组播或广播报文均适用。由于交换机限制单播报文，只能到有关的站，因此其性能比中继式集线器有明显的改进。正是这种筛选能力用于VLAN的开发，通过建立到交换机端口的VLAN关联，一个单独的交换型集线器经过这样的配置，其作用如同若干个独立的交换型集线器。
熟悉现场总线接线的人们经常抱怨工业以太网的一个方面，那就是它坚持
TIA/EIA-586-A限定的星形拓朴结构接线。现场总线是以总线拓朴结构接线的，因此不需要使用集线器。由于所有的发送均和现场总线的通信业务有关，因此亦没有必要分隔发送。结构化接线标准只支持星形拓朴结构，所以不支持总线拓朴以太网标准如10BASE2。然而正是星形拓朴允许我们建立VLAN，由于一个，只允许一个站连接到集线器上的一个端口，通过端口的关联就可以知道站点的确实位置，因此使用交换型集线器技术能建立起VLAN。
端口VLAN
有多种方法可以建立VLAN，但最容易理解的是端口VLAN。交换机建立了一个MAC地址和端口号的关联，需要增加的是一个VLAN关联，这通过配置一个支持VLAN的交换机来完成。即插即用(Plug and Play Switch)交换机不可能支持VLAN——因为它不可能通过操作员的干预来改变其个性化特点。例如，在一个有16个端口的交换机中，我们需要建立编号为1到3的3个分隔的VLAN。当配置时，我们将交换机上的每个端口关联到与之相应的VLAN。然后位于每一个VLAN分配(Assignment)即分隔的VLAN中的通信业务被限制于那些关联到此VLAN分配的端口。以该3个VLAN的交换机为例，我们建立和VLAN1关联的端口为1，2，3和4，一个在端口1的广播或组播报文只能发送到端口2、3和4而不能发送到其他端口。其他2个VLAN的运作方式与此类似，一个单播报文允许转发，这和任何其他类型的交换机相同，存在一个MAC地址一端口号的关联表，但是对端口VLAN添加到这个关联表的是VLAN的约束条件，因此，对一个目标地址，如存储器中没有与之对应的MAC地址-端口关联，则过滤(flooding)只限于该VLAN的端口组。当一个端口接收到来自另一个VLAN组的发送中的目标地址时，会发生什么情况呢？这个发送应该舍弃。
图2：在这个Port VLAN的应用，位于中间的服务器是逻辑地连接到所有3个VLAN。
图2描述的是包括3个VLAN的端口VLAN应用示例，虽然能增加更多的VLAN，但只有一个VLAN-aware交换机位于LAN的中部。其他不是VLAN-aware的交换机则作为有关VLAN的部件。在VLAN-aware交换机的每个端口，均和一个公共端口相关联，它驻留一个服务器。这个VLAN的重叠(overlapping)允许VLAN中的任何工作站访问该服务器。但是位于分隔的VLAN中的各个工作站相互并不知晓。
Port VLAN的一个主要优点是易于理解和方便作用。插座面板的端口可标志其有关的VLAN，连接特定的站到特定的VLAN很简单，只是移动软线就近连接。一个更简单的方法是使用软件来完成这些工作。通过重新配置VLAN-aware交换机可将物理端口重新分配到不同的VLAN。如你希望添加若干个交换机以扩展VLAN，你应该做什么呢？这是可能的，但需要对每个VALN的专用接线，这明显地限制了实现。因此，使用一个单独的VLAN-aware交换机的Port VLAN是一个最好的解决方案。注意，分隔的Port VLAN并没有改变以太网的帧、终端站并没有意识到这个VLAN结构，如能从以太网帧的内容了解到VLAN关联则可以获得更大的灵活性。这种性能称为隐含的标志(隐含于以太网帧内)，它允许VLAN使用相同的电缆结构来跨接多个交换机。
帧编码的VLAN方案(Frame Encoded VLAN Schemes)
对Port VLAN来说，它不改变以太网帧式或任何在以太网帧中隐含的标志，站点并不了解VLAN的结构，有一个建立VLAN的替代方案，如所使用的交换机支持多种不同方案的话。你只需简单地将特定的MAC地址关联到一个VLAN。通过这个方法，分配到该VLAN这个站可位于任何交换机的端口上，但仍然保持为连接到一个特定的VLAN。显然，更换该站时，所有的交换机需要对这个新的MAC地址重新进行配置。另一个建立VLAN
的方法是根据支持的网络操作系统来分隔站点，通过考察某些协议字段，报文帧只导向支持该操作系统的站点。当存在多个竞争的网络操作系统时，这些网络操作系统具有很不相同的以太网帧定义，因此这是一个普遍采用的建立VLAN的方案。目前倾向于接受通用TCP/IP协议的潮流已限制对帧结构的选择。还有一个方案是通过带VLAN信息编码的以太网帧来定义一个专用的协议。专用协议方案的问题是没有广泛的工业支持。为了获得广泛的工业支持，你需要有一个IEEE标准。
显性VLAN标志(Explicit VLAN Tagging)
自70年代中期以来，以太网已广泛使用。其最大帧长度(不包括前同步字段)总是1518个字节。对于工业自动化应用，这个帧的长度是相当大的，因为大多数携带I/O信息的报文比较短。但是，在经历这些年后，看起来1518个字节似乎仍然不够。为了定义一个普遍能接受的VLAN标志，IEEE 802.1Q委员会决定需增加4个字节，要考虑到站点和中继器能否处理超长帧的问题和这个新标准需求对IEEE 802.3进行修订。至此，我们以前有关帧的最大长度的说法已不再正确，当增加VLAN标志后，帧的最大长度应是1522个字节而不是1518个字节。
图3： 802.1Q VLAN标准，插入一个4字节的标志到标准以太网帧内。
IEEE 802.1Q VLAN标志方案称为显性VLAN方案，这与VLAN标志隐含于帧内容是不同的，显性VLAN标志是添加到帧的。4个字节的标志紧接在源地址字段之后和在类型/长度(Type/Length)字段之前(参阅图3)。首先的2个字节称为Tag Protocol Identifier(标志协议标识符)，其功能和类型/长度字段很相似。这2个字节的内容为0×1800，它可以被识别为一个VLAN标志，其后的2个字节是Tag Control Information(标志控制信息)。由于帧长度的增加，需要重新计算帧校验序列(FCS)，其余的以太网帧则保持不变。除以上变动外，可增加
或删去一个VLAN标志而不影响报文的内容和实质，2字节的标志控制信息包括用于IEEE 802.1P优先级的高低(对VLAN来说，没有什么意义)的3个位，称为Canonical Format Indicator(CFI，规则格式指示符)的1个位和用于标识VLAN的12个位，由于使用12位的标识符，因此可允许直到4096个VLAN。所有位均为“1”是保留的，所有位为“0”则指示不存在VLAN关联，其含义是标志只用于指示优先级的高低。除此之外，所有其它的校识符可用来指示一个特定的VLAN以及802.1P报文优先级的高低。
CFI用于指示帧内的位排列次序，这是与非以太网LAN通信时所面临的问题。由于我们只对以太网LAN感兴趣，因此将CFI位设定为“0”。
VLAN-unaware终点站和交换机(VLAN-unaware End Station and Switches)因为
802.1Q是在发表以太网以后20多年以后才问世的，在这以前，已有相当多的VLAN-unaware设备运行于现场。虽然一个终端站可能会接收到加长的以太帧，但软件驱动器是否会“阻塞，Choke”接收到的一个0×8100以太网协议的标识符，因为它过去从未遇到过？对终端站来说，最好的实施方法是它不会见到VLAN标志，除非它经过改进后能这样做。可以肯定现场已安装的大量传统装置，其终端站是VLAN-unaware，一个VLAN-aware终端站是它能接收和使用802.1Q VLAN标志。因此可将这个终端站称为tag-aware。然而，对交换机来说并不总是对的，一个VLAN-aware交换机能建立起VLAN-port关联，但未必能理解802.1Q标志，Port VLAN交换机就是一个很好的例子，tag-aware交换机不但能理解802.1Q标志，也能建立起VLAN-port关联。
VLAN边缘交换机(VLAN Edge Switches)
如在VLAN-aware交换机上的一个端口接收到一个由VLAN-aware站启动的发送，它只是简单地读取VLAN分配的值，并将帧原封不动地转发给其筛选数据库中有关该特定VLAN分配的那些端口。然而，如果接收到的一个发送来自VLAN-unaware站，则tag-aware交换机必须添加一个VLAN标志到接收的帧，这个标志应等同于原先为这个接收的帧而建立的VLAN关联，该关联基于以前所描述的MAC地址，协议ID或端口位置。
不论应用于VLAN的关联规则是什么，用于该VLAN的标识符必须和用于VLAN标志的标识符相同，新的帧(添加VLAN标志后的帧)转发到输出端口或转发到交换机筛选数据库中的端口。
为了限制将VLAN传送到VLAN-unaware终端站，tag-aware交换机应具有在输出
端口删除VLAN标志的能力，一个边缘交换机就有这种功能。边缘交换机驻留于
VLAN-aware和VLAN-unaware域的分界。一个边缘交换机能从一个VLAN-aware站读取一个VLAN标志或从一个VLAN-unaware站添加VLAN标志到一个帧以及采用适当的转发操作。在边缘交换机将帧转发到其输出端口之一时，它观察其自身的表格以确定是否驻留
VLAN标志或除去VLAN标志。如报文发送到VLAN-unaware站，则必须剥离VLAN标志，如报文发送到核心VLAN交换机，则必须保留VLAN标志。
VLAN核心交换机(VLAN Core Switches)
核心交换机理解VLAN标志，它驻留在VLAN的主干，通常只连接到边缘交换机，因此它的转发规则更为简单和可以更快地实现。所有进入的帧具有VLAN标志，所有离开边界的帧则保持这些标志，筛选数据表只包括4094个可能的VLAN和输出端口分配，不需要知道源地址。实际上，可以将边缘交换机配置为核心交换机。为了避免导致混淆，因此在一个设备中不能有两种类型的VLAN-aware交换机。对此，限制只使用边缘交换机是一个答案。即使根据802.1Q标准，允许有4094个VLAN，但不是所有的交换机能同时支持如此众多的VLAN，你能想象得出，配置和维护这么多的VLAN将是何等的复杂吗？
移动性(Mobility)
如便携式计算机能连接到LAN内某一交换机上的任何可提供的空闲端口和能在一个特定的VLAN上观察工业自动化系统的运行，这将带来莫大的方便，为了有效地实现这样的功能，便携式计算机必须是VLAN-aware设备，并且必须编程所连接的交换机，从而允许访问该特定的VLAN。这通过能到达此VLAN的一个生效的VLAN-port关联实现，使用一个带隐性标志的VLAN-unaware便携式计算机来完成上述任务则要困难得多，但不是不可能。为了使连接到便携式计算机的端口开放，需要重新配置在VLAN路径上不同的交换机，使用Port VLAN方案是不实际的。
图中表明结合IEEE 802.1Q标志和边缘交换机的一个典型的VLAN，每个边缘交换机使用一个单电缆，连接到一个核心交换机。在VLAN-aware域内，边缘交换机必须发送有VLAN标志的帧以识别帧-VLAN关联。为了任何边缘交换机能访问所有可能的VLAN(保证移动性)，连接到核心交换机的端口必须和所有可能的VLAN相关联。
图4：通过使用802.1Q标签可达到最灵活的VLAN布局，
边缘交换机允许使用VLAN-aware站和VLAN-unaware终端站两者。
结论
VLAN是将一个较大的LAN分割为可管理的子网络的有效手段。VLAN限制广播域，改进性能和提高安全性，并且是隔离工业自动化系统和IT系统，但同时又保持设备原有的结构化接线的理想方案。实现VLAN的最简单方案是Port VLAN，然而最有效的VLAN设计方案是IEEE 802.1Q VLAN标志的标准，它允许用户能够从LAN上的任何点访问任何VLAN，从而显著地提高移动性。
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工业以太网入门教程[第3讲]——光纤及光纤传输系统介绍
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：4527
一、光及其特性：
1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是：390-760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1300nm，1550nm三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类：
1.光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类：
A. 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，
这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300 μm。
色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。
突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
4.常用光纤规格：
单模： 8/125μm， 9/125μm ， 10/125μm
多模： 50/125μm 欧洲标准
62.5/125μm 美国标准
工业，医疗和低速网络： 100/140μm， 200/230μm
塑料： 98/1000μm 用于汽车控制。
三.光纤制造与衰减：
1.光纤制造：
现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法.
2.光纤的衰减：
造成光纤衰减的主要因素有： 本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
本征： 是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
弯曲： 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
挤压： 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质： 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
不均匀： 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接： 光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
四.光纤的优点：
1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
2. 无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。
3 不受电磁场和电磁辐射的影响。
4. 重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。
5. 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。
6. 使用环境温度范围宽。
7. 化学腐蚀，使用寿命长。
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工业以太网入门教程[第4讲]——如何选择工业以太网产品
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：4384
CTRLink产品家族由集线器、交换机、接口转接器、路由器及网络视频产品。集线器标识中继集线器而交换机表示交换集线器。接口转接器提供双绞线至光纤电缆的转接。
现代工业以太网网络的接线采用双绞线或光纤的星型或环形拓扑。如果网络连接的设备超过两个，需要集线器，它有两种基本的形式－集线器和交换机。中继型集线器是最简单的集线器，它工作在物理层提供了网络扩展的最简单方式并兼容碰撞检测的规则在半双工共享型以太网中加强了内涵。在不超过碰撞域的地理距离或电缆距离的限制下，最多可级联四个集线器。中继型集线器工作在10Mbps。可通过EI系列和EIM迷你型系列实现。
交换集线器实际上定义为网桥，即数据链路层设备。网桥允许两个或多个以太网网络的链路，碰撞域在每个网络中有了分割。使用交换机的优点是扩展规则更加简单，理论上允许交换机没有限制地级联。交换机亦可配置在全双工方式下，消除半双工、共享型以太网网络。交换型集线器包括EIS系列、EISM迷你型、EISC可配置型、和EISX紧凑型可管理和不可管理型。连接光纤网络至双绞线网络可通过集线器或交换机实现。接口转接器的功能类似。与集线器类似，接口转接器定义为物理层设备。接口转接器设备包括EIMC迷你型接口转接器。
协议
以太网定义了ISO OSI开放系统互联标准模型的物理层和数据链路层。在这两个层上定义了多个协议，其中以TCP/IP最流行。即使在TCP之上，针对自动化行业有多个应用层协议，如Ethernet/IP，PROFInet,HSE,MODBUS/TCP,BACnet和一些私有协议。由于CTRLink产品基于以太网技术，这些产品可在所有协议上工作，包括TCP/IP。在选用CTRLink时，协议并不是考虑问题。
供电
安全和方便起见，CTRLink产品工作在可调整的或不可调整的低压直流或交流电压。直流电压的范围是10V~36V。交流电压的范围是8~24 V，47~63Hz。电源消耗按不同型号而变，但通常为5瓦或低于5瓦。CTRLink产品提供了多电源的连接，接受宽范围电源管理策略。电源可来自其它设备使用的变压器电源，次级接地或不接地或来自公用的直流电源亦可。无需使用单独的变压器，但如果需要亦可。采用直流供电的控制面板，可提供多余的电源用于冗余电源的连接以接入备用的电池系统。直流连接具有电压接反保护。电源接头采用可插拔方式方便现场接线。
兼容规范
所有CTRLink产品兼容欧盟的CE marking要求。在EMC方面，CTRLink产品兼容信息技术设备在工业分类下的抗干扰、抗辐射要求。
所有CTRLink产品兼容UL508－Class 2(低压、有限能源)供电的工业控制设备。这是一个流行的工业自动化标准，通常在控制面板上有要求。
其它CTRLink型号经过了UL1604批准－用于ClassⅠ,Ⅱ Division 2 和Class Ⅲ 危险地区的电器设备。CTRLink列出的设备符合Class I, Division 2, Group A,B,C和D，允许的温度范围为0~60。这个标准在过程工业中可以找到。
另外，CTRLink产品作为一个元件经UL864(用于防火信令系统的控制单元)认证。该标准在楼宇自动化工业使用，OEM须提供此认证。认证后的CTRLink产品即被认为系统中的原件。
速率
工业以太网的最低速率为10Mbps。有些设备仅能工作在此速率下。但是，大部分设备都工作在100Mbps或更高。如果所有设备工作在10Mbps，可以使用中继型集线器。如果可以工作在100Mbps，必须使用交换机。所有CTRLink交换机可工作在任何速度上。在双绞线端口上，速度设定可通过自动协商实现或手动。光纤端口速率可手动设定。
温度范围
所有CTRLink产品支持标准的工业以太网温度范围0~60。该温度范围与安装在密封的、不通风或不进水的所属的设备如PLC和输入输出模块一致。对于安装在加温或不加温装置内设备的室外应用，EISX系列可支持扩展的-40~75的温度范围。
安装
工业控制设备通常通过紧固件安装在控制箱内容的面板上或直接安装在DIN轨上。一些产品支持这两种方式，另一些仅支持DIN轨安装。最常用的DIN轨尺寸是TS-32和TS35。
外壳
基本上有三种类型的外壳。标准型为156mm高的铝制外壳。这是最通用的款式提供最多的端口(16)。应用中如需更小尺寸，79mm高度的迷你型塑料外壳是解决方案。剩下的款式即是96mm高度的迷你型铝壳。所有CTRLink产品用于用户控制箱内或设备箱内的安装，可通过它的防护等级看出。
功能性
所有CTRLink产品开箱即可工作，不需要调整或只要小小的调整就可投入使用。我们称为“即插即用”模式。在“即插即用”模式下，CTRLink产品自动按环境进行调整。对于集线器和接口转接器产品，这是标准模式使得安装简单。但，在一些交换机产品上，提供了多个集线器和交换机没有的特性，可通过控制端口进行配置。
所有交换机产品可工作在即插即用模式，利用自动协商协议设定诸如速率、双工和流量。这些特性一旦链路与所联设备连上即进行协商。配置型产品如EISC系列的上述特性可对单个端口逐个进行配置。这个产品也支持高级的联网特性如中继、VLAN和QoS－所有产品都可通过控制端口进行配置。
交换机最上乘的功能可通过EISX系列管理功能实现。配置可通过控制端口或EISX内部的web server实现。管理功能意味着设备支持简单网络管理协议(SNMP)提供额外的监测和报告功能。EISX带管理型也提供了先进的网络功能，包括端口镜像、多播过滤和快速生成树协议。
自动协商协议
自动协商协议可在CTRLink交换机的即插即用型特性中找到。协议允许基于两个连接端口间最高的共同性对端口和所连设备参数进行自动配置。速率、半双工/全双工及流量控制都通过此方式设定。全双工方式可使用PAUSE方案，半双工方式可使用backpressure方案。在某些CTRLink产品上被禁止，端口配置通过手动进行。光纤产品不支持自动协商所有它们的参数必须手动设定。
双绞线端口
在所有双绞线端口上提供了带屏蔽的RJ45接头，可采用带或不带屏蔽双绞线电缆。双绞线端口的数目依型号不同而变最多为16个。这些端口都接成了集线器和交换机产品上常见的MDI-X(内部交叉)。有些CTRLink产品带有交叉连接(MDI)允许采用直通电缆级联集线器和交换机。没有此特性的型号级联需要采用交叉电缆。带管理功能EISX可对提供自动交叉连接的自动-MDIX特性进行允许。
光纤
所有CTRLink产品最少有一个双绞线端口。在某些型号上可提供一对或两对光纤端口。1一对光纤用于网络末端应用，两对光纤支持菊花链型光纤骨干网方案。光纤接头有ST或SC。在10Mbps下，支持多模850nm选项，采用ST接头。在100Mbps下，支持单模或多模1300nm。多模接头可以是ST或SC接头，但SC接头用于单模型号。
广播风暴控制
广播是从一个站点向网络中所有其它站点发送，通常在配置过程中使用。尽管此方式对网络无害，由一个有问题的站点发出过度的广播信息会消耗网络带宽，因而禁止其它，更多有用的信息发送出来。该广播风暴可通过带有此性能的产品进行最小化。
LED显示
所有CTRLink产品都有LED显示，以帮助操作者理解在集线器、交换机和接口转接器上的单个端口状态。依据型号和产品的复杂程度，LED显示功能有多种。通常显示的是，电源、链路、活动、速率、碰撞或双工。
先进特性提供更高的性能
所有CTRLink产品工作在即插即用方式，但附加的功能可在可配置(EISC)和管理(EISX)交换机型号上找到。这些型号支持的特性必须在投入使用前正确地配置，进而为获取更高性能提供方法。
信号强度显示
EISC支持一种独特的监测双绞线信号强度的方式。在一个配置屏幕上的小型条状图形显示可以描述每个端口的接收强度。该信息在检查接线出错时有用。
固定端口设定
设定端口参数如速率、双工和流量控制通常采用自动协商协议实现。但有时，用户也想对这些参数进行预设以保证快速可靠的启动。通过固定端口设定特性，自动协商协议可禁止，在每个端口上的单个参数可手动设置。
出错继电器
在某些型号，一个表示常开继电器触点的形式可用来表示在网络中存在出错状态。通常的错误是在一个交换机端口上丢失链路。出错继电器可编程触发某个端口状态。开闭情况(是出错时闭合还是打开)亦可编程。
控制端口
为了对多个先进的特性进行配置，在可配置和管理型产品上提供了控制端口。它由DB-9接头(male)组成，接成DTE端口，速率设定在9600波特率(8位数据、无极性、一个停止位)。在EISC，控制端口连至PC串口并运行基于Windows的配置程序。在EISX，控制端口需要一个终端仿真程序如HyperTerminal。
Modbus协议(RTU，从站)
Modbus协议是一个有名的可从一个主站访问多个工业设备的简单协议。EISC产品支持这个协议。对于熟悉这个协议的人来说，使用功能码3(Read Holding Registers),6(Preset Single Register)和16(Preset Multiple Register)配置和访问EISC的状态非常容易。通过寄存器的传送，监管的主站PLC可监测单个交换机端口的状态。
中继
中继或链路聚合，是提高交换机与交换机连接的吞吐量的方法或称之为骨干网连接。通过分配单个端口为骨干端口，在交换机间可产生平行路径以提高吞吐量。这种方法的不利一面是减少了连接设备的可用端口的数量。
服务质量(QoS)
服务质量是对某些传送授权优先权的方法。有多种方案存在。有些方法基于端口与端口的基础授权，其它方法检查发送的以太网帧的字段。在EISC和EISX型号上，QoS支持有所不同。
虚拟局域网(VLAN)
VLAN允许网络通讯通过一个交换机进行逻辑分隔，产生更高的性能和高度的网络安全。交换机上的端口必须分配给单个的VLAN，因此， VLAN通讯仅局限在这些端口
上。EISC和EISX都通过端口分配提供了VLAN支持。
简单网络管理协议(SNMP)
EISX提供管理功能选项。管理型交换机定义在对SNMP的支持。管理型交换机作为SNMP代理工作，维持一套标准化的对象如提供了交换机上多个端口状态信息的MIB II(管理信息库)。通过管理软件，可设置陷入以在交换机正常工作时对感兴趣的事件进行触发。
自动－MDIX
该特性提供了自动交叉功能，避免了单个上连端口的使用或交叉电缆的使用。带有自动－MDIX允许的端口可决定在链路通讯时决定正确的连接。
端口镜像
交换机将通讯仅限制在与某次传送有关的端口上。这消除了将无关的信息发送到其它端口上。
多播过滤
多播指一个站发送至多播组内的其它端口。由于交换机通常对目的站点的位置不了解，它会对所有端口发送，交换机的优势没有了。通过分配端口至多播组，通讯量降低在感兴趣的端口，避免了无用的信息发送至组外设备。
静态转发表
交换机维持站点地址和端口分配表。这些表通过观察以太网帧内的源地址以自学习方式连续不断地更新。这个自动方式可通过手动直接分配地址到地址存储器内进行覆盖－避
免了地址表间歇地更新。
快速生成树(RSTP)
快速生成树协议(IEEE802.1w)是一个生成数据传送冗余路径地标准方法，因此生成了一个高水平的可靠性。与私有的光纤环路协议不同，RSTP不要求光纤的唯一使用，允许附属的冗余路径。恢复时间通常为1秒或更少。RSTP与原来的IEEE802.1d快速生成树协议(STP)保持向后兼容，STP的恢复时间比RSTP慢。
OPC服务器
用于控制行业内的交换过程数据的OPC是个流行方法。拥有一个OPC服务器，受管理的交换机数据可提供至兼容的人机界面用于与其它过程数据一起显示，允许了整洁一致的屏幕外观。
Web 服务器
交换机内置了web服务器后，对交换机的配置可通过一个标准的web浏览器在以太网上实现。这也是一个好的方法以确保网络的准确工作，特别是在远程地点。
内部温度传感器
SNMP的优点是设备供货商可定义一个私有的管理信息库(MIB)以访问供货商产品的一个特殊特征。EISX产品中的内部温度传感器就是一个例子。一个管理程序可访问EISX的内部温度并在温度过高的情况下设定一个陷入。
现场升级软件
科动控制公司将不断地优化它的交换机产品，增加相应的功能。免费的软件升级可
通过www.ctrlink.com.cn进行并可下载至现场安装的设备。工作站上运行的配置软件升级亦可下载。
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工业以太网入门教程[第5讲]——选择正确的产品需要考虑的问题
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：3461
CTRLink工业以太网产品家族包括几个系列的产品，分别归类为集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频产品。现代的工业以太网网络都是以星型方式用双绞线或光纤连接 的。如果网络需要连接两个以上的设备，则需要使用集线器或交换机。集线器是物理层的设备，提供简单的网络扩展，只要遵循冲突检测和在半双工的共享以太网网络中的增强继承的规则即可。只要不超过冲突域的距离局限或线缆的局限，我们一次可以使用四个集线器。集线器在10Mbps速率下工作。科动有EI系列和EIM迷你型系列的集线器。
交换机实际被归类为“网桥”，是链路层的产品。网桥使两个分开的以太网网络连接起来，但却将各自网络的冲突域分隔开来。使用交换机的好处是扩展的规则非常简单，可以级 联，理论上没有数量上的限制。交换机也可以设置为全双工通讯，排除了半双工共享以太网中所具有的冲突域。科动的 交换机有以下几个系列：EIS 互联型、EISK蝎王型、EIBA BAS 型、EISM 迷你型、EISC 可配置型、EISＸ、EICP 紧固型管理和非管理交换机。EISB蓝锻精密型也有管理和非管理的分类。
将一个光纤网络连接到双绞线网络可以用集线器或交换机，也可以用接口转换器来连接。接口转换器是归类于物理层的设备。科动的接口转换器有：EIMC迷你型接口转换器，宽 温型号可选。
通讯协议
在ISO公开系统互联参考(OSI)模型里，以太网是定义在物理层和链路层的协议。在数据链路层上有许多协议，以TCP/IP最为突出，甚至在TCP/IP之上，还有几个专门针对
应用层的协议Ethernet/IP，PROFInet，HSE，MODBUS/TCP，iDA，BACnet，以及一些私有的协议。由于科动的产品是基于以太网的技术，我们的产品和这些协议包括TCP/IP都可以兼容。我们的CTRLink集线器、交换机或接口转换器在这些协议下都可以正常的工作。
电源
从安全和方便的角度考虑，科动的CTRLink产品可以在低压直流或交流的电源下工作。直流电压从10V到36V。交流电压从8V到24V，47到63Hz。电能消耗根据产品型号由4到20瓦不等。科动的CTRLink产品有多种电源连接可选，为您的电源管理提供各种方案。CTRLink产品可以使用接地或非接地的控制变压器提供的电源，既可以和其他设备共享，也可以使用共用的直流电源。通常，没有必要使用单独的变压器，如果真有需要，科动也可以提供。直流供电的机柜里，常有多余的连接，可以通过备用的电池系统提供冗余供电。直流连接通过反电压的方式得到保护。电源接头可以拿掉，以方便现场安装。
通信速率
工业以太网的最低通信速率是10Mbps，有些设备只能在这个速率下工作。其他的设备则可以在更高速率下工作，即100Mbps，或者两种速率都可。如果所有设备都可在10Mbps速率下工作，则可以考虑使用集线器。如果要达到100Mbps速率，则必须使用交换机。所有科动CTRLink的交换机都可以在两种速率下运行。如果是电口，速率是自动协商达成的，如果是光口，则需要手动设置。
严格的工业环境认证
所有CTRLink产品都符合欧盟对CE标识的要求。对于电磁干扰(EMC)的兼容性，CTRLink产品符合工业级别归类下的资讯技术设备(ITE)的认证。所有CTRLink产品符合UL508工业控制设备的要求。同时它们也符合c-UL 认证，CSA C22.2 编号14-M91认证。部分
CTRLink产品获得 UL1604 和 c-UL C22.2 编号 213-M1987，即在Class 1，Division 2
恶劣环境电气设备的认证。CTRLink?的部分认证产品符合Class 1,Division 2中A，B，C和D组标 准—温度等级达到Ｔ4A，室温可以达到60℃。这是过程控制行业中常见的标准。
还有一些CTRLink产品已经取得UL864—防火保护信号系统的控制产品的认证。这是楼宇自动化行业的一个标准，要求楼宇自动化的原设备生产厂商(OEM)都必须使用有此认证的产品。
安装
工业控制设备通常用螺丝紧固或钉轨的方法安装在控制机箱里。大部分科动产品两种安装方法都可以，少量产品只支持钉轨安装。最常用的钉轨尺寸是TS-32和TS-35。
外壳
科动产品有几种不同款式的外壳。标准的款式是156毫米高的铝制外壳。这是最常见的一种款式，最多有24个接口。如需要小型的交换机，我们的79毫米高的迷你型塑料制外壳产品是最好的选择。同时我们还有专为楼宇自动化和工业自动化设计的小型交换机，非常适合OEM使用或贴牌生产。还有一种款式是紧固型的外壳，95毫米高。所有的CTRLink产品都是为了适合客户对控制板或机柜的要求而设计，这一点 在产品的防护等级上也有反映。
功能
所有CTRLink集线器，交换机和接口转换器都可以直接使用，基本不需要做什么调试或设置，这种状态我们称之为“即插即用”。在即插即用系列中，产品可以针对通信自适应调节。对于集线器和接口转换器，即插即用是标准的模式，安装非常简单。但有些交换机提供一些在集线器和接口转换器中没有的功能，需要通过串口配置来进行功能设置。
所有科动交换机可以在即插即用状态下工作，使用自适应的协议来对某些功能进行
设置，比如：速率、双工和流量控制。这些功能是在产品联网启动后自适应设置的。对于可配置型的产品，如EISC系列，这些功能可以在各个端口进行设置时实现。EISC系列同时拥有一些高级的网络功能如Trunking， 端口VLAN和服务质量(QoS)。
交换机的终极功能可以在EISX、EICP和EISB系列的管理产品中体现。管理功能设置可以通过交换机上的串口配置或Web浏览器进行设置。我们所说的管理功能包括：提供监测和报告的简单网络管理协议(SNMP)。管理型的交换机提供更为先进的网络功能包括端口镜像、multicast数据过滤和网络冗余(即科动的RapidRingTM、Trunking 或 RSTP)
广播风暴控制
广播是从网络中一个站点到所有站点的发送，通常在功能设置时产生。广播风暴通常没有什么坏处，但过多的广播信息可能占据网络带宽，使其他更重要的信息无法传递。这种广
播“风暴”可以通过对CTRLink产品的设置将其影响减到最 小。
自适应协议
自适应协议是CTRLink交换机上的一个即插即用功能。这个协议根据两个产品的最高配置对其端口自行设置。像速率、 半双工和全双工速率控制都是如此设置的。全双工的操作下，可以进行PAUSE的设置。半双工的操作下，可以进行后压力 (BACK PRESSURE)设置(无自协议)，部分CTRLink产品的自适应可以取消，以便进行人工设置。光纤产品(不包括100 BASE-SX)不支持自适应协议，所以必须通过人工设置参数。
电口
无论是屏蔽还是非屏蔽线缆，所有双绞线电口中都有屏蔽RJ-45的端口。端口数根据产品不同而有所不同，最多可达24个电口。这些端口全部使用MDI-X连接(内部交叉)，这也是集线器和交换机中标准的做法。部分CTRLink产品含有交叉连接(MDI)，可以用直联
线缆对集线器或交换机进行级联。没有这个功能的产品则需要用交叉线来实现级联。有些型号支持AUTO-MDIX功能，提供自动交叉的连接。
光口
所有CTRLink产品至少有一个电口。一些产品有一到两对光口。一对光口的产品是为了连接终端产品，两对光口的产品是为了使用光纤提供骨干通信。光口接头可以是ST型号，也可以是SC型号。10Mbps型号，用ST接头和多模850m光纤。100Mbps的型号，可以选择ST或SC接头、单模或多模(1300nm)光纤。多模光纤可以选择ST或SC接头，单模光纤则必须选择SC接头。其他型号的光纤接头需要和我们直接 联系。
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工业以太网入门教程[第6讲]——什么是CTRLink?为什么选择CTRLink来代
替办公级别设备?
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：4367
CTRLink是由集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频转换器等组成的一个工业以太网产品家族，这些产品用来连接一些现代的工业自动化设备。科动控制公司将工业以太网定义为符合电气电子工程学会（IEEE）802.3系列标准的一种技术，专为商业和工业环境下系统的强度要求而设计和制造。以太网技术已有30年的历史，它经过多次修正后，正成为下一代工业控制、流程控制和楼宇自控等方面的局域网络的选择。
为什么选择CTRLink来代替办公级别设备?
办公级别的以太网产品也符合IEEE802.3标准,可与CTRLink设备进行通讯。但有几个因素使CTRLink产品在工业和商业环境中使用时大大优于办公级别的产品。
温度
办公级别设备通常的规格为5℃到50℃的温度范围,而工业控制器比如PLC的工作温度则规定为0℃到60℃，以太网的设备应该和它相连接的设备有相同的温度级别。很多室外运用则要求设备工作温度为-40℃到75℃的范围。这个温度范围使办公级别的以太网设备望尘莫及。
安装
控制设备通常安装在小型柜板上，然后再安装在机柜中。设备固定或者是用螺丝安装，或者是嵌入到钉轨上。CTRLink可以安装在钉轨上，形成一个非常利落、干净和稳固的防震安装。CTRLink产品和其它工业设备外观上也非常映衬。而办公级别的设备只是桌面放置，无法提供稳固的安装。很多 时候，这些办公级别设备只是被搁置在一个地方，或者是简单的用双面胶布粘上即完事。总而言之，在工业控制机柜中，没有办公级别设备的立足之处。
工业设备认证
我们的产品虽然使用的是普通以太网的标准，却符合各种工业协会和组织对相关工业设备的认证要求。办公级别的以太网设备很少有符合工业自动化甚至是楼宇自动化的独特的认证要求。CTRLink产品的设计和测试，都是以工业设备中要求的电磁兼容性的超高要求为标准。所有的产品都是作为工业控制设备取得UL508认证。它们同时有c-UL，CSA C22.2 No.14 - M91认证。CTRLink中一部分产品取得了UL1604和 c-UL C22.2 No.213 - M1987 的认证，这是对在 Class 1，Division 2恶劣环境下使用的电气设备的认证。还有一部分产品获得了烟火防范必须的UL864认证。我们所有的产品都有CE认证标识，适合欧盟国家的使用标准。
电源供应
工业系统通常是由共用的低压控制变压器或直流供电提供电源。CTRLink系列产品可以在适合各种控制设备中的宽范围的交流和直流供电下工作。这种灵活性的关键是一个
宽范围的直流对直流的转接器，可以通过一个大容量的电容来控制工厂供电中常有的电压的高低不稳现象。我们的产品还提供了更多的方式来达到冗余供电，以保证最大限度的系统运转不中断。办公级别设备需要插入墙壁电源的变压器供电，对控制柜内使用的产品来说非常不方便。而且还有可能意外的断开，形成极不稳定的供电方式。
增强扩展的产品生命期
世界级别的原设备生产厂商(OEM)都要求采购的设备有很长的产品生命期。不需要经常坏损的产品，更不愿意看到由此 带来的额外费用。尤其是OEM的设备已经取得了相关的认证并受到认证机构的来厂监督，这样他们对供应商的产品生命期及其认证的真实性有超高的要求。科动控制公司倾其所能确保CTRLink产品线具备这些公司要求的产品生命期。办公级别的设备就无法做到这一点，而且它们经常有各种各样的 产品更新无法通知到用户，使用户无法在一段时间内保持设计和功能的一致性。
快捷的技术支持
科动控制公司认为工业以太网是一个功能非常强大的技术， 但真正的理解它并为客户去服务并不是一个简单的事情。科动公司一直以培育这个市场以达到用户真正了解工业以太网的功能和优势为己任。我们在全世界各个工业市场做了大量的研讨会、文章发表、论坛、免费网站课程以及通过我们定期EXTENSION简报文章来由浅入深的讲解这门技术的方方 面面。我们提供快捷的电话和现场技术支持，引导我们的客户利用CTRLink产品系列实现最优化的工业以太网在控制系统中的运用。还有一个明显的例子，就是科动公司为了培 育工业以太网行业所做的永久承诺，我们成功的开办了工业以太网大学的网上版: www.IndustrialEthernetUniversity.com.cn (中文版在2005年即将开通)
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工业以太网入门教程[第7讲]——CTRLink产品的高级功能
提供:美国科动控制系统公司
作者:科动 浏览次数：3578
所有CTRLink 的集线器、交换机和接口转换器都可在即插即用状态下工作，但更多的功能则需要在可配置型(EISC)和管理型(EISX，EICP，EISB)的型号中得以实现。这些型号所支持的功能必须首先得到合适的设置，以便在使用中发挥起 卓越功能。
信号强弱指示
EISC系列产品对双绞线的信号强弱提供独特的监控报告。在其中的一个配置界面上有一个小的信号显示图形，表明每一个端口的信号强弱。这对于分析接线中出现的问题非常有帮 助。
固定端口设置
设置诸如速率、半双工和全双工、流量控制等参数通常是通过自适应协议来实现的。但是有些时候用户希望提前进行设置这些参数以便更快更稳定地启动交换机。使用固定端口设置可以使自适应协议停止工作，以便人工对每一个端口进行设置。
服务质量(QoS)
服务质量是为某类信息发送提供优先的方法。实时的或I/O信息应该给予最优先的考虑，而配置或实施信息则应该给予低优先考虑。交换机有多种方法来实现这一个功能。最普遍的方法是以端口为基础的服务质量，每个端口分配一个优先水平，所有在某个端口的信息都享有同样的优先水平。另外一个方法是基于源MAC地址，不同的MAC地址给予不同的优先水平。还有一种方法是基于以太网帧节中IP部分的内容， 这个叫做区别性服务或不同性服务。八位服务类别的值决定优先程度。 最后一个方法是基于包含IEEE 802.1Q VLAN标 记的以太网延长帧节。在这个标记中是一个由IEEE 802.1P 定义的三位的优先水平域。EISC、EISX、EICP和EISB产品系 列的服务质量都有所不同。
出错继电器
科动的部分产品提供“A”形式的继电器连接(通常处于开通状态)，将网络中存在的问题以低压信号的方式传递到监控系统中。通常见到的问题是交换机的一个端口掉线。出错继电 器可以程对某些端口状态进行报警监控。
串口
我们在可配置型和管理型交换机中提供一个配置串口进行功能配置，用于设置各种高级功能。它包括一个DB9公头连接器，以DTE端口的形式连接，设置为9600波特率(8位数据, 无校验,停止位)。在EISC系列交换机中，利用串口和运行在Windows系统的配置软件进行设置。在EISX、EICP和EISB 系列交换机中，使用Windows系统自带或超级终端软件来设置。
MODBUS协议(RTU，仆从)
MODBUS协议是一个很知名的简单协议，从一个主站点来连接多个工业设备。EISC系列产品的串口配置可以支持这个协议。对于熟悉这个协议的人来说，用功能3(读取寄存)，6(预设单独寄存)和16(预设多项寄存)可以非常容易的配置和读取EISC的通讯状态。这样主PLC可以通过寄存转移的方法来监控交换机每一个端口的状态。
虚拟局域网(VLAN)
VLAN使网络通过交换机进行逻辑化的分离，产生更高的吞吐量和网络安全。交换机上的端口必须分配到独自的VLAN中，这样使VLAN的通信限制在这些端口之间。EISC，EISX，EICP和EISB系列产品都通过简单的端口分配方式支持VLAN，但EISX，EICP和EISB系列同时支持延长的以太网帧节，包括 IEEE802.1Q VLAN标记。核心交换机可以识别并传播VLAN标记。而边缘交换机则会将无法识别VLAN的终端设备的 VLAN标记除去。相互交叉的VLAN则允许特定的设备可以到达多个VLAN网络，这个功能非常实用，因为不同组的设备 需要相互独立，一些共用的设备需要在这些多组的设备中实现共享。
简单网络管理协议(SNMP)
科动的 EISX，EICP和EISB产品系列可以提供管理型的产品。管理交换机定义为支持SNMP协议的交换机。管理交换机表现为一个SNMP的代表，有一套类似于MIBⅡ(管理资讯站)的标准化的对象，提供交换机上每个不同端口的数据状态。在交换机工作时，可以通过管理软件进行触发预设，对某些有意向的内容进行检查。
Auto-MDIX
这个功能提供接线自动转换，免除了使用单独的上传接口或使用交叉线的需要。有AUTO-MDIX功能的端口在上联时，自动确定连接方式。
端口镜像 (Port Mirroring)
交换机可以对某种信息发送进行限制，这样可以避免同样的信息发送到不相关的端口上。这个功能使利用协议分析软件来监控信息变得很困难。通过使用端口镜像，一个端口到另外一个端口的数据流量可以在其他端口得到复制，用于监控。
主干(Trunking)和链路聚合
主干，或链路聚合，支持IEEE802.3，是一种用来扩大交换机和交换机之间通讯吞吐量的一个方法，也叫骨干连接。通过将端口设置为主干端口，多条平行通路便在交换机之间形 成，使网络宽带增加。不利的地方是这种方法使连接设备的交换机可用端口相应减少。科动的管理型交换机，可以使用主干(Trunking)来实现冗余，网络断开恢复时间小于10毫秒。
环网冗余(RapidRingTM)
由科动控制公司研发的私有环网协议，可以提供环网网络中断后的冗余通讯通道。这个方法是基于和RSTP类似的概念但不支持网状拓扑结构。RapidRingTM 比RSTP性能
更高，但需要以环形的网络来实现。
多方信息过滤（Multicast Filtering）
多方信息是指信息以多站组的方式从一个站点发送到多个站点。由于交换机通常并不清楚自己想与之通信站点的位置，所以通常信息发送会淹没所有端口，使交换机的优势得到削减。通过将端口分配到多方信息组里面，通讯就减少至仅限于有意向的端口上，从而避免了将信息发送到该组之外的设备上。
静态转发表（Static Forwarding Table)
交换机有一个站点地址和端口分配的表格。这些表格通过观察学习以太网帧节里的源地址而不断地更新。这种自动方法可以用人工方法来代理。将地址直接分配到地址储存记忆中，避免了地址表格的定期更新。
快速生成树协议
Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP)快速生成树协议(IEEE 802.1w)是一个经过标准化的为数据通讯提供冗余通道和更高可靠性的一个方法。RSTP比私有环网提供更多的冗余通道。其恢复时间通常是1秒或2秒。RSTP与早先的恢复时 间更慢的IEEE 802.1D生成树协议(STP)可以兼容。
现场软件升级
科动承诺会不断更新我们的交换机产品和相应的功能。免费的软件升级可以在www.kedong.com.cn上下载，直接拷贝到现场已经安装的设备上。运行在计算机上的配置软件更新也可以免费在该网站上下载。
网络管理软件
网络管理软件可以通过SNMP协议和我们的交换机进行通讯。很多网络管理软件可以用来监控所有使用TCP/IP的设备。这样从一个软件就可以查看到所有网络设备的状态。科动提供以下网络管理软件：
IntraVUETM是科动的一个软件产品，可以将整个以太网网络图形化，提供整个网络的实时通讯状态和每一个设备的实时工作状态。
iSNMPTM是科动的一个软件产品，通过OPC服务器将SNMP数据提供给OPC的客户端设备。它也可以监控TCP/IP设备的工作状态。这样可以在一个人机界面设备上，对整个网络实施监控。
OPC服务器
OPC是控制行业里常见的用于数据交换的一个方法。一个有OPC的主机可以和我们的管理型交换机通讯，将数据传递到一个人机界面(HMI)的设备上，使数据以更方便和实用的方 式得以利用。
网络服务器（Web Server)
在交换机中安置Web Server，对交换机的配置就可以用一个标准的网络浏览器来实现。同时,这也是一个从远程来维护交换机以确保其工作状态良好的方法。
网络分析软件
虽然网络管理软件可以显示网络的工作状态，但有时需要对网络通讯中的信息进行分析，以便诊断和解决网络的问题。市面上有很多网络分析软件，它们从功能上和价格上都有不同。由于使用交换机的网络中发送的信息都是有针对性的，需要能够支持端口镜像功能的管理型交换机，以便监测网络上的绝大部分信息流通。科动的EISX、EICP和EISB系列产品都支持端口镜像。
内置温度感应器
简单网络管理协议(SNMP)的一个好处就是让设备供应商来定义管理资讯库(MIB)，以便得到供应商产品的特殊产品功能。在我们的EISB、EISX 和 EICP产品系列中就是如此。一 个管理软件或OPC服务器可以读取EISB、EISX 或EICP产品里的内部温度数据,并针对温度过高采取相应措施。
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