导语：随着工业以太网技术的不断发展，PLC已经全面支持工业以太网，并且越来越多的工业网络设备加入进来，使得网络变得更加复杂。今天，我们将探讨环网技术在工业以太网中的应用。

环网技术

九十年代初期，随着现场总线技术的快速发展，通信连接成为简化机器设备接线工作的关键。在早期阶段，大多数设备采用了线性拓扑结构，每个状态、控制和诊断数据都沿一根电缆传送。这种设计相对简单，但当一个节点发生故障时，整个网络会中断。这是因为后续设备无法正常运行，因为它们依赖于前面的节点。

为了解决这一问题，出现了环形拓扑结构，这种设计可以确保即使某个节点发生故障，也不会影响整个网络的运作。环形拓扑有几个优点：

可以快速检测并自动配置错误。

适用于小型和大型网络。

网络接线清晰且结构简单。

允许在运行期间进行扩展。

标准化协议保证来自不同制造商设备的兼容性。

为什么需要环形拓扑？

直接连接成环路可能导致广播数据包大量复制，从而浪费链路带宽，并可能导致交换机资源耗尽甚至死机。这就是所谓的“网络风暴”。因此，以太网必须使用特定的协议来避免这种情况。

选择合适的环形协议

了解工业网络特点后，可以确定哪些环形协议适合当前应用。由于实时性和可靠性的要求高，当发生故障时，要能够迅速通过备用路径恢复通讯。此外，还要考虑重构时间是否满足工艺需求。

常见的几种ring protocol：

MRP（介质冗余）

专为PROFINET设计，是IEC 61158-5-10标准的一部分，对于Industrial Automation行业非常适用，其重构时间最大为200ms，但实际上通常只有几十毫秒级别，因此非常适合工业环境。

HRP（高速冗余）

西门子专用的私有协议，其重构时间在最大规模下为300ms，可结合热备实现与多个ring之间链路冗余，是骨干网设计理想选择。

STP/RSTP

STP（生成树算法）/RSTP（快速生成树算法）的主要缺点是较长的手动切换时间，为30~60s或1~2s，这两种开放式标准灵活但不够快，不太适合Industrial环境，更常用于办公室内使用。

第三方私有protocol

需要根据其重构时间判断是否符合 Industrial 应用环境，如若允许延迟128ms，那么100ms就不会造成掉站；如果只允许64 ms，那么100ms就会影响生产不可接受。

PRP/HSR

基于IEC 62439-3 PRP 并行冗余与基于 IEC 62439-3 HSR 协议，它们分别利用两个独立LAN进行数据传输，无需额外中间设备支持PRP，而HSR则需要所有设备支持PRF无任何延迟切换，在极端情况下零次延迟切换，有助于提高系统可靠性和性能。在寻求极致可靠、高速度稳定性的场景中这类方案尤为重要。