1、工業以太網與現場總線的優缺點1引言用于辦公室和商業的以太網伴隨著現場總線大戰硝煙已悄悄地進入了控制領域，近年來以太網更是走向前臺，發展迅速，頗引人注目。究其原因，主要由于工業自動化系統正向分布化、智能化的實時控制方面發展，其中通信已成為關鍵，用戶對統一的通信協議和網絡的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技術的飛速發展，要求企業從現場控制層到管理層能實現全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎構架，而目前的現場總線尚不能滿足這些要求?，F場總線的出現確實給工業自動化帶來一場深層次的革命，但多種現場總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能實現高速的實時數據傳輸，信息網絡存

2、在協議上的鴻溝，導致“自動化孤島”現象的出現，促使人們開始尋求新的出路并關注到以太網。同時現場總線的傳輸速率也遠遠不如工業以太網傳輸速率快。2以太網與工業以太網2.1什么是以太網與工業以太網以太網是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。該標準定義了在局域網(LAN中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網在互聯設備之間以10100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜型號為10BaseT。以太網由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應用最為廣泛的以太網技術。直擴的無線以太網可達11Mbps許多制造供應商提供的產品都能采用通用的軟件協議進行通信，開放性好。普通以太網應用到工業控制系統，

3、這種網絡叫工業以太網。2.2 以太網具有的優點(1)具有相當高的數據傳輸速率(目前已達到100Mbps,能提供足夠的帶寬；(2)由于具有相同的通信協議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技術)世界；(3)能在同一總線上運行不同的傳輸協議，從而能建立企業的公共網絡平臺或基礎構架；(4)在整個網絡中，運用了交互式和開放的數據存取技術；(5)沿用多年，已為眾多的技術人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設置、維護和診斷工具，成為事實上的統一標準；(6)允許使用不同的物理介質和構成不同的拓撲結構。2.3 工業以太網的優點(1)基于TCP/IP的以太網采用國際主流標準，協議開放、完善不同廠商設

4、備，容易互連具有互操作性；(2)可實現遠程訪問，遠程診斷；(3)不同的傳輸介質可以靈活組合，如同軸電纜、雙絞線、光纖等；(4)網絡速度快，可達千兆甚至更快；(5)支持冗余連接配置，數據可達性強，數據有多條通路抵達目的地；(6)系統容易幾乎無限制，不會因系統增大而出現不可預料的故障，有成熟可靠的系統安全體系；(7)可降低投資成本。3主流應用層協議-工業以太網協議由于商用計算機普遍采用的應用層協議不能適應工業過程控制領域現場設備之間的實時通信，所以必須在以太網和TCP/IP協議的基礎上，建立完整有效的通信服務模型，制定有效的實時通信服務機制，協調好工業現場控制系統中實時與非實時信息的傳輸，形成被廣

5、泛接受的應用層協議，也就是所謂的工業以太網協議。目前已經制定的工業以太網協議有MODBUS/TCP,HSE,EtherNet/IP,ProfiNet等。MODBUS/TCP議是法國施耐德公司1999年公布的協議，以一種非常簡單的方式將MODBUS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答。這種呼叫/應答的機制與MODBUS主從機制相互配合，使交換式以太網具有很高的確定性。利用TCP/IP協議，通過網頁的形式可以使用戶界面更加友好，并且利用網絡瀏覽器就可以查看企業網內部的設備運行情況。施耐德公司已經為MODBUS冊了502端口，這樣就可以將實時數據嵌人到網頁中，通過在設備

6、中嵌人Web服務器，就可以將Wetffl覽器作為設備的操作終端。已是中國國家標準，基于Modbus協議的工業自動化網絡規范第3部分:Modbus協議在TCP/IP上的實現指南標準號為：GB/Z19582.3-2004HSE基金會現場總線FF于2000年發布的工業Ethernet規范，是以太網協議IEEE802.3,TCP/IP協議族和FFH1的結合體。FF現場總線基金會將HSEe位于實現控制網絡與Internet的集成。由HSE連接設備將H1網段信息傳送到以太網的主干網上，這些信息可以通過互連網送到主控室，并進一步送到企業的EPPffi管理系統。操作員可以在主控室直接使用網絡瀏覽器查看現場運行

7、情況，現場設備也可以通過網絡獲得控制信息。EtherNet/IP是美國羅克韋爾公司于2000年發布的工業Ethernet規范，它很好地采用了當前應用廣泛的以太網通信芯片以及物理媒體。IP代表IndustrialProtocol,以此來與普通的以太網進行區分。它是將傳統的以太網應用于工業現場層的一種有效的方法，允許工業現場設備交換實時性強的數據。EtherNet/IP模型由IEEE802.3標準的物理層和數據鏈路層、以太網TCP/IP協議和控制與信息協議CIP三部分組成。CIP是一個端到端的面向對象并提供了工業設備和高級設備之間的連接的協議，CIP有兩個主要目的，一是傳輸同1/O設備相聯系的面向

8、控制的數據，二是傳輸其它同被控系統相關的信息，如組態、參數設置和診斷等。CIP協議規范主要由對象模型、通用對象庫、設備行規、電子數據表、信息管理等組成。ProfiNet是彳惠國西門子公司于2001年發布的工業Ethernet的規范。該規范主要包括三方面的內容：1）基于組件對象模型（COM的分布式自動化系統；2）規定了ProfiNet現場總線和標準以太網之間開放透明通信；3）提供了一個獨立于制造商，包括設備層和系統層的系統模型。ProfiNet的基礎是組件技術，在ProfiNet中，每一個設備都被看成一個具有COMK的自動化設備，同類設備都有相同的COMt口。在系統中可以通過調用COMS口來調用

9、設備功能。組件對象模型使不同制造商遵循同一個原則創建的組件之間可以混合使用，簡化了編程。每一個智能設備都有一個標準組件，智能設備的功能通過對組件進行特定的編程來實現。同類設備具有相同的內置組件，對外提供相同的COMg口。為不同廠家的設備之間提供了良好的互換性和互操作性。已是中國國家標準指導性標準，標準號：國家標準化指導性技術文件GB/Z20541-2006PROFINET®!我國第一個擁有自主知識產權的現場總線國家標準EPA在國際標準化工作中取得了重大突破，已通過IEC/SC65C會員國家的投票被IEC發布為IEC/PAS62409標準化文件作為第10類型列入實時以太網國際標準IEC

10、61784-2并將收錄為現場總線國際標準IEC61158第四版，成為中國第一個被國際標準化組織接收和發布的工業自動化標準。4工業以太網的前景以太網隨著技術的成熟，交換技術的應用，高速以太網的發展等在工業自動化領域上正迅速增長，幾乎所有的現場總線系統最終可以都連接到以太網。隨著集成電路的發展，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使控制器易于實現TCP/IP協議，以太網絡更易于接近現場。工業以太網已經成為控制系統網絡發展的主要方向，具有很大的發展潛力。過程控制工業和自動化工業，從嵌入式系統到現場總線控制系統，都認識到了以太網和TCP/IP的重要性，以太網和TCP/IP作為世界上最為廣泛應用的網絡協議，它將成為過程級和控制級的主要傳輸技術。帶TCP/IP協議的標準的以太網接口現在已經在智能設備和I/O模塊中使用。它能夠與工廠信息管理系統進行直接地、無縫地連接，而無需任何專用設備。