工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的優(yōu)缺點整理

1、工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的優(yōu)缺點1引言用于辦公室和商業(yè)的以太網(wǎng)伴隨著現(xiàn)場總線大戰(zhàn)硝煙已悄悄地進(jìn)入了控制 領(lǐng)域，近年來以太網(wǎng)更是走向前臺，發(fā)展迅速，頗引人注目。究其原因，主要由 于工業(yè)自動化系統(tǒng)正向分布化、智能化的實時控制方面發(fā)展，其中通信已成為關(guān) 鍵，用戶對統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切。另一方面， Intranet/ln ternet等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，而目前的現(xiàn)場總線尚不 能滿足這些要求?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)確實給工業(yè)自動化帶來一場深層次的革命，但多種現(xiàn)場總線 互不兼容，不同公司的控制器之間不能實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳

2、輸，信息網(wǎng)絡(luò)存在協(xié)議上的鴻溝，導(dǎo)致“自動化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)，促使人們開始尋求新的出路并 關(guān)注到以太網(wǎng)。同時現(xiàn)場總線的傳輸速率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如工業(yè)以太網(wǎng)傳輸速率快。2以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)2.1什么是以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局域網(wǎng)(LAN中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜型號為 10 Base T。以太網(wǎng)由于其低成 本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。直擴(kuò)的無 線以太網(wǎng)可達(dá)11Mbps許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn) 行通信，開放性好。普

3、通以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)叫工業(yè)以太網(wǎng)。2.2以太網(wǎng)具有的優(yōu)點(1) 具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率(目前已達(dá)到 100Mbps，能提供足夠的帶 寬；(2) 由于具有相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT (信 息技術(shù))世界；(3) 能在同一總線上運行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平 臺或基礎(chǔ)構(gòu)架;（4）在整個網(wǎng)絡(luò)中，運用了交互式和開放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)；（5）沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設(shè)置、 維護(hù)和診斷工具，成為事實上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；（6）允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.3工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點（1）基于TCP/IP的以太網(wǎng)

4、采用國際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開放、完善不同廠商設(shè) 備，容易互連具有互操作性；（2）可實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，遠(yuǎn)程診斷；（3）不同的傳輸介質(zhì)可以靈活組合，如同軸電纜、雙絞線、光纖等；（4）網(wǎng)絡(luò)速度快，可達(dá)千兆甚至更快；（5）支持冗余連接配置，數(shù)據(jù)可達(dá)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)有多條通路抵達(dá)目的地；（6）系統(tǒng)容易幾乎無限制，不會因系統(tǒng)增大而出現(xiàn)不可預(yù)料的故障，有成 熟可靠的系統(tǒng)安全體系；（7）可降低投資成本。3主流應(yīng)用層協(xié)議-工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議由于商用計算機(jī)普遍采用的應(yīng)用層協(xié)議不能適應(yīng)工業(yè)過程控制領(lǐng)域現(xiàn)場設(shè) 備之間的實時通信，所以必須在以太網(wǎng)和 TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，建立完整有效 的通信服務(wù)模型，制定有效的實時通信服務(wù)機(jī)制，協(xié)調(diào)

5、好工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中實 時與非實時信息的傳輸，形成被廣泛接受的應(yīng)用層協(xié)議，也就是所謂的工業(yè)以太 網(wǎng)協(xié)議。目前已經(jīng)制定的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有MODBUS/TCP,HSE, EtherNet/IP,ProfiNet 等。MODBUS/TCP議是法國施耐德公司1999年公布的協(xié)議，以一種非常簡單的 方式將MODBU幀嵌入到TCP幀中。這是一種面向連接的方式，每一個呼叫都要 求一個應(yīng)答。這種呼叫/應(yīng)答的機(jī)制與MODBUS主從機(jī)制相互配合，使交換式以 太網(wǎng)具有很高的確定性。利用 TCP/IP協(xié)議，通過網(wǎng)頁的形式可以使用戶界面更 加友好，并且利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以查看企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備運行情況。施耐德公司已經(jīng)為M

6、ODBU注冊了 502端口，這樣就可以將實時數(shù)據(jù)嵌人到網(wǎng)頁中，通過 在設(shè)備中嵌人 Web服務(wù)器，就可以將Web瀏覽器作為設(shè)備的操作終端。已是中國 國家標(biāo)準(zhǔn)，基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第 3部分:Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實現(xiàn)指南標(biāo)準(zhǔn)號為： GB/Z 19582.3 - 2004HSE是基金會現(xiàn)場總線FF于2000年發(fā)布的工業(yè)Ethernet規(guī)范，是以太網(wǎng) 協(xié)議IEEE802.3,TCP/IP協(xié)議族和FF H1的結(jié)合體。FF現(xiàn)場總線基金會將HSE定 位于實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與In ternet的集成。由HSE連接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以 太網(wǎng)的主干網(wǎng)上，這些信息可以通過互連網(wǎng)送到

7、主控室，并進(jìn)一步送到企業(yè)的 EPP和管理系統(tǒng)。操作員可以在主控室直接使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看現(xiàn)場運行情況， 現(xiàn)場設(shè)備也可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。EtherNet/IP 是美國羅克韋爾公司于 2000年發(fā)布的工業(yè)Ethernet規(guī)范，它 很好地采用了當(dāng)前應(yīng)用廣泛的以太網(wǎng)通信芯片以及物理媒體。IP代表 In dustrial Protocol,以此來與普通的以太網(wǎng)進(jìn)行區(qū)分。它是將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)應(yīng) 用于工業(yè)現(xiàn)場層的一種有效的方法，允許工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備交換實時性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。EtherNet/IP 模型由IEEE802. 3標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層、以太網(wǎng) TCP/IP協(xié) 議和控制與信息協(xié)議CIP三部分組成。CIP是

8、一個端到端的面向?qū)ο蟛⑻峁┝斯?業(yè)設(shè)備和高級設(shè)備之間的連接的協(xié)議，CIP有兩個主要目的，一是傳輸同1/0設(shè) 備相聯(lián)系的面向控制的數(shù)據(jù)，二是傳輸其它同被控系統(tǒng)相關(guān)的信息，如組態(tài)、參數(shù)設(shè)置和診斷等。CIP協(xié)議規(guī)范主要由對象模型、通用對象庫、設(shè)備行規(guī)、電子 數(shù)據(jù)表、信息管理等組成。ProfiNet是德國西門子公司于2001年發(fā)布的工業(yè)Ethernet的規(guī)范。該規(guī) 范主要包括三方面的內(nèi)容:1 ）基于組件對象模型（COM的分布式自動化系統(tǒng);2） 規(guī)定了 ProfiNet現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間開放透明通信;3 ）提供了一個獨立 于制造商，包括設(shè)備層和系統(tǒng)層的系統(tǒng)模型。ProfiNet的基礎(chǔ)是組件技術(shù)，在

9、ProfiNet中，每一個設(shè)備都被看成一個具有COM接 口的自動化設(shè)備，同類設(shè)備都有相同的COM8口。在系統(tǒng)中可以通過調(diào)用 COM6口來調(diào)用設(shè)備功能。組件對 象模型使不同制造商遵循同一個原則創(chuàng)建的組件之間可以混合使用，簡化了編 程。每一個智能設(shè)備都有一個標(biāo)準(zhǔn)組件，智能設(shè)備的功能通過對組件進(jìn)行特定的 編程來實現(xiàn)。同類設(shè)備具有相同的內(nèi)置組件，對外提供相同的COMS口。為不同 廠家的設(shè)備之間提供了良好的互換性和互操作性。已是中國國家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性標(biāo) 準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號：國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件 GB/Z 20541 - 2006 PROFINET!范我國第一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)EPA在國際標(biāo)準(zhǔn)化

10、工作 中取得了重大突破，已通過IEC/SC65C會員國家的投票被IEC發(fā)布為IEC/PAS 62409標(biāo)準(zhǔn)化文件作為第10類型列入實時以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61784- 2并將收 錄為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158第四版，成為中國第一個被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織接 收和發(fā)布的工業(yè)自動化標(biāo)準(zhǔn)。4工業(yè)以太網(wǎng)的前景以太網(wǎng)隨著技術(shù)的成熟，交換技術(shù)的應(yīng)用，高速以太網(wǎng)的發(fā)展等在工業(yè)自動 化領(lǐng)域上正迅速增長，幾乎所有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)最終可以都連接到以太網(wǎng)。隨著集成電路的發(fā)展，高檔的微處理器作為I/O處理器和控制器核心的條件逐漸成熟，而在控制器上運行的實時嵌入式操作系統(tǒng)使控制器易于實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)絡(luò)更易于接近現(xiàn)場。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向， 具有很大的發(fā)展?jié)摿?。過程控制工業(yè)和自動化工業(yè)，從嵌入式系統(tǒng)到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),都認(rèn)識到了以太網(wǎng)和TCP/IP的重要性，以太網(wǎng)和TCP/ IP作為世界上最 為廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,它將成為過程級和控制級的主要傳輸技術(shù)。帶TCP/ IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口現(xiàn)在已經(jīng)在智能設(shè)備和I/ O模塊中使用。它能夠與工廠信息管理系統(tǒng)進(jìn)行直接地、無縫地連接，而無需任何專用設(shè)備。因