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概述
工业以太网的网络性能和网络技术
组合使用时，与原来的 10 Mbpps 技术相比，当前工业以太网技术可显著提高网络性能。 这些技术包括：
快速以太网 ，传输速率 100 Mbps：
与 10 Mbps 相比，报文传输速度要快很多，占用电缆的时间极短。 针对快速以太网 (Fast Ethernet)，提供了一个4 线制 FastConnect 布线系统 (Cat5e)，包括电缆、插头和插座。千兆以太网 ，传输速率 1 Gbps：
千兆以太网比快速以太网快 10 倍，电缆占用时间仅为其十分之一。 针对千兆以太网，提供了一个 8 线制 FastConnect布线系统 (Cat6)，包括电缆、插头和插座。千兆以太网 ，传输速率 10 Gbps：
与 1 Gbps 以太网相比，10 Gbps 以太网的速度是其 10 倍。全双工 可防止冲突：
在两个交换机之间可发送和接收数据。 全双工连接的数据吞吐量对于快速以太网为 200 Mbps，对于千兆以太网为 2Gbps。 采用全双工传输时，网络可覆盖更大距离。 这意味着，例如，采用玻璃光纤电缆可以实现 200 km 的远距离。
常见帧重复问题的避免显著地提高了数据吞吐量。交换 可降低网络数据流量：
交换机动态地“连接”当前正在通信的那些站。 在整个网络中，几条报文可传送， 大大提高了网络的功能。性能上的提升源于这样一个事实，即，多个消息帧可以流经交换机（它们之间如同并行地传输）。使用自动交叉功能， 支持发送线和接收线在双绞线接口自动交叉。
自动检测 描述的是网络节点（数据终端和网络部件）的特性，即自动检测信号的传输速率（10 Mbps、100 Mbps或 1 Gbps），并支持自动协商功能。
自动协商 是快速以太网的配置协议。在启动实际数据传输前，网络设备自动协商设备支持的一种传输模式（1000 Mbps、100 Mbps 或 10Mbps，全双工或半双工）。
以太网交换技术
工业以太网具有以下功能：
根据可用接口数量，交换机用来临时或动态地将几个子网或站彼此连接。
根据终端的以太网（MAC）地址，过滤数据传输，局部数据传输依旧保持局部，并且交换机只传送到其它子网络用户的数据。
与传统的以太网网络相比扩大了可连接的终端数。
限制受影响子网络的错误传输。
交换技术具有以下优点：
提供了形成子网络和网络段的能力。
由于数据通信的结构化，提高了数据吞吐量，从而提高了整体网络性能。
简单的网络配规则。
通过连接各个冲突域/子网络，可不受限制地扩展网络范围。
实现现有网络的简单、无障碍的扩展。
全双工
全双工（FDX）是一种网络运行方式，与半双工相比，在全双工时，终端可以发送和接收数据。 采用 FDX时，终端内的冲突检测功能是自动关闭的。
FDX的一个先决条件是使用有独立发送和接收通道的传输介质（如 FO 和 ITP），并且所使用的部件有保存数据的能力。 FDX连接中不会出现冲突，支持 FDX 的部件能以正常的传输率发送和接收。数据吞吐量是网络额定传输速率的两倍，也就是，对于常规以太网为 20 Mbps，对于快速以太网为 200 Mbps。千兆以太网可达到 2000 Mbps。
FDX 的其它优点是网络规模提高。
通过关闭激活冲突机制，FDX 能使二个部件间的距离增大到超过一个冲突域的范围。使用全双工功能，有可能使所用的发送和接收部件的传送距离达到其性能极限。 这对与光纤部件的连接尤为重要。在使用玻璃光缆时，两个交换机之间可达到长 200 km 的距离。
通过交换式全双工增加性能
自动检测/自动协商
自动检测描述的是网络节点（数据终端和网络部件）的特性，即自动检测信号的传输速率（10 Mbps、100 Mbps或 1000 Mbps），并支持自动协商功能。
自动协商是双绞线的配置协议。 它使节点在发送个数据包之前为传输而协商传输率：
10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps 或 10 Gbps
全双工或半双工
为了保证一个特定的传输速率，也可以关闭自动协商。
自动检测的优点是，所有以太网部件实现互操作性。
不支持自动检测的常规以太网组件可与支持自动检测的快速以太网组件和新的千兆以太网组件组合使用。
自动交叉
自动交叉功能可在双绞线接口上自动交叉发送线和接收线。 这意味着不再需要交叉连接线（例如 TP XP 线）。
高速冗余协议(HRP)
出错误后的快速网络重构是工业应用不可缺少的特性。 否则，连接的终端会关闭逻辑通讯链路。 导致控制过程停止或系统的紧急停机。
为了取得极快速的响应时间，使用了各种标准化协议。 用这种过程，可在几分之一秒时间内重构一个可用网络。
由 50 个交换机组成的光纤环中，网络故障后（如断线或交换机故障）能够在不到 300 ms 内完成重构。
除了在光纤环中实现高速介质冗余外，工业以太网还提供有环网或网段的高速冗余耦合所需的功能。在每种情况下，可通过两个交换机来耦合任何拓扑中的环网或网段。
在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。
1．控制要求
控制系统可以根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。
2．PLC选型
目前在上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以四段液位控制对象为例，据对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用日本立石（OMRON）公司C20P型PLC。
3．系统硬件配置
为实现液位的手动/自动控制，需要输入口12点，输出口8点，选用C20P 20点I/O单元的PLC，输入光电隔离，输出继电器隔离，负载能力强；液位检测采用干簧管传感器，手动/自动转换、运行/试验转换和液位设定采用双位旋钮，手动启泵、停泵和确认、试验采用常开按钮；输出选用电子音响报警器和24V直流指示灯、继电器。参见图一系统硬件配置图。
图一 系统硬件配置图
为节省输入口数量，节省投资，本系统运行/试验功能的转换采用了对I/O模块接线的优化，使PLC输入模块中1个输入节点起到2个输入节点的作用，完成PLC工作在两种方式下的I/O功能。参见图二I/O模块接线的优化。
图二 I/O模块接线的优化
系统正常运行时，运行/试验转换旋钮S接通1-3接点，各试验按钮不起作用，液位信号由各干簧管传感器传输给PLC；系统处于试验状态时，S接通1-2接点，各传感器输入信号不起作用，此时可用各试验按钮模拟各段液位信号传输给PLC。两种控制方式下的两个信号共用一个输入节点，成倍提高I/O端口的利用率，节省I/O点数。
4．系统软件设计
4．1 控制程序流程图
图三 系统流程图
4．2 编程说明
= 1 \*GB3 ① 本系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在低液位时自动启泵，当液位到达设定值时自动停泵。
= 2 \*GB3 ② 采用IL/ILC分支指令，通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的选择，当0008旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行IL/ILC分支内程序，完成自动监控；当0008旋钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、停泵。
= 3 \*GB3 ③ 液位由0004~0007旋钮分低、较低、较高、高四段设定，系统设置由低到高的优先权，即当多个设定旋钮闭合时，低液位设定优先。
= 4 \*GB3 ④ 采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。
= 5 \*GB3 ⑤ 当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自停，或在30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。
= 6 \*GB3 ⑥ 开车时，液位低于或高于低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行；或先进入试验方式，按低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。