簡述工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)2

【操作要求】

1.工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業(yè)級的產(chǎn)品具有氣候環(huán)境適應(yīng)性，并要求耐腐蝕、防塵和防水。

2.工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需要采取防爆措施保證安全生產(chǎn)。

3.工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的振動、電磁干擾大，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須具有機械環(huán)境適應(yīng)性（如耐振動、耐沖擊）、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（EMC）等。

4.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件的供電，通常是采用柜內(nèi)低壓直流電源標準，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內(nèi)所需電源為低壓24V直流。

5.采用標準導(dǎo)軌安裝，安裝方便，適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內(nèi)，并容易更換。

【主要標準】

工業(yè)以太網(wǎng)是按照工業(yè)控制的要求，發(fā)展適當?shù)膽?yīng)用層和用戶層協(xié)議，使以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)真正應(yīng)用到控制層，延伸到現(xiàn)場層，而在信息層又盡可能采用IT行業(yè)一切有效而又最新的成果，因此，工業(yè)以太網(wǎng)與以太網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用全然不是同一個概念。

1.IDA的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

DA是一種完全建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)范，將一種實時的基于WEB的分布自動化環(huán)境與集中的安全體系結(jié)構(gòu)加以結(jié)合，目標是創(chuàng)立一個基于TCP/IP的分散自動化的解決方案。

2.Ethernet/IP的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

ODVA除了擁有DviceNET和ControlNet，還控制另一個總線EtherNet/IP，它把處于應(yīng)用層和用戶層的DeviceNet和ControlNet的目標庫CIP（包含了所有經(jīng)典的PLC運算），與以太網(wǎng)物理介質(zhì)捆綁在一起。

3.PROFlnet的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

如圖，它的數(shù)據(jù)鏈路層采用了旨在減小處理通信棧所需時間的一種傳輸協(xié)議，從而極大地縮短了網(wǎng)絡(luò)的刷新時間，確保刷新時間在5~10MS。實時通道除了可進行循環(huán)傳輸外，還可完成非循環(huán)（事件觸發(fā)、過程數(shù)據(jù)修改、操作指令下達等）傳輸。同時還要加入網(wǎng)絡(luò)管理、WEB功能，以及直接集成I/O設(shè)備等。

4.HSE的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

美國的FF（現(xiàn)場總線基金會）采用高速以太網(wǎng)開發(fā)的FCS系統(tǒng)控制級以上通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，控制級以下仍使用H1現(xiàn)場總線，構(gòu)成信息集成開放的體系結(jié)構(gòu)，HSE遵循標準的以太網(wǎng)規(guī)范。FF在去規(guī)范中規(guī)定了21中功能塊，供基本過程控制和先進過程控制使用。這些標準功能塊駐留與HSE相連的現(xiàn)場設(shè)備中，只要通過組態(tài)就予以鏈接。為進行復(fù)雜的批處理和混合控制等應(yīng)用，F(xiàn)F還規(guī)定了柔性功能塊，支持數(shù)據(jù)采集的監(jiān)控、子系統(tǒng)接口、事件順序、多路數(shù)據(jù)采集，并可用作與PLC和其他協(xié)議通信的網(wǎng)間連接器，所以我們可得出這樣一個結(jié)論：HSE工業(yè)以太網(wǎng)為連續(xù)的過程控制工業(yè)和斷續(xù)的制造業(yè)所需的連續(xù)實時控制提供了各種的解決方案，它為連續(xù)過程控制系統(tǒng)、斷續(xù)制造的控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)以及MES、ERP等企業(yè)信息管理系統(tǒng)的集成，提供了一種相當成熟的工業(yè)以太網(wǎng)的標準協(xié)議。

【應(yīng)用于工業(yè)控制需要解決的問題】

工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計時，在實時性、可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，是一種典型的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。與商用以太網(wǎng)相比，工業(yè)以太網(wǎng)在以下方面具有特殊要求：

1.要求有高實時性與良好的時間確定性

2.傳送信息多為短幀信息，且信息交換頻繁

3.容錯能力強，可靠性、安全性好

4.控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度分散性

5.控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單實用，工作效率高

6.控制設(shè)備的智能化與控制功能的自治性

7.與信息網(wǎng)絡(luò)之間有高效率的通信，易于實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成

8.設(shè)備的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性

9.遠距離傳輸

10.總線供電

11.網(wǎng)絡(luò)安全性

12.互操作性

【優(yōu)勢】

1.應(yīng)用廣泛

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，收到廣泛的技術(shù)支持，最典型的的以太網(wǎng)應(yīng)用形式如：Ethernet+TCP/IP+web。幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應(yīng)用開發(fā)。

2.成本低廉

由于以太網(wǎng)的應(yīng)用最為廣泛，因此收到硬件開發(fā)商與生產(chǎn)廠商的高度重視與廣泛支持，有很多硬件產(chǎn)品供用戶選擇，而且由于應(yīng)用廣泛，硬件價格也相對低廉。

3.通信速率高

目前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)也開始廣泛應(yīng)用，1000M以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，10G以太網(wǎng)也正在研究，其通信速率比目前的現(xiàn)場總線快得多。

4.軟硬件資源豐富

以太網(wǎng)已應(yīng)用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計、應(yīng)用等多方面有很多的經(jīng)驗，對其技術(shù)也十分熟悉。大量的軟件資源和設(shè)計經(jīng)驗可以顯著降低系統(tǒng)開發(fā)和培訓(xùn)費用，從而可以顯著降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)開發(fā)和推廣速度。

5.可持續(xù)發(fā)展能力強

由于以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，它的反戰(zhàn)一直得到廣泛的重視和大量的技術(shù)投入，形成全球性的技術(shù)支持，并且在當前信息瞬息萬變的時代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信網(wǎng)絡(luò)管理，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。

6.易于實現(xiàn)管控一體化

易于實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫集成，建立統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)嵌入式控制器，智能現(xiàn)場測控儀表和傳感器等方便地接入以太網(wǎng)絡(luò)，直至與Internet相連。