论工业以太网技术的应用和发展(一)

论工业以太网技术的应用和发展(一)

作者：田晓霞曹其宏薛伟刘雷

论文关键词:工业以太网；特点；趋势；全开放网络

论文摘要:工业以太网控制系统是集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)之后产生的一种新型的工业控制系统。本文简要介绍了工业以太网的特点，并详细论述了工业以太网在控制领域的应用现状以及以太网交换技术的发展趋势，并提出了以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络的观点。

传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础，随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高，工业控制网络所担负的工作越来越重。与数据信息网络不同，工业控制领域需要一种高速廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络。以太网（Ethernet）技术支持几乎所有的网络协议,所以在数据信息网络中得到广泛应用，具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼容性好、开放性高和支持设备等多方面的优势。工业以太网的开放性使得工业控制网络和企业信息网络的无缝整合方面具有无可比拟的优势。

一、工业以太网技术的特点

以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：

（一）Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。

（二）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。

（三）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

（四）通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。

（五）可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。

二、工业以太网在控制领域应用现状

工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的“自动化孤岛”问题，但从目前的发展看，工业以太网在控制领域的应用主要体现在以下几种形式。

（一）混合Ethernet/Fieldbus的网络结构

这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。

（二）专用工业以太控制网络

如何利用工业以太网单独作为控制网络是工业以太网的发展方向之一，也是工业控制领域的研究热点之一。如德国JetterAG公司的新一代控制系统JetWeb，是融现场总线技术、100Mb/s 以太网技术、CNC技术、PLC技术、可视化人机接口技术和全球化生产管理技术为一体的工业自动化控制系统，同时具有广泛的兼容性，可兼容第三方自动化控制产品，提出“网络就是控制器”的观点，是取代所有底层现场总线的工业网络结构。这种工业控制网络是将以太网贯穿于整个网络各层次，使它成为透明的覆盖整个企业范围的应用实体。它实现了办公自动化与工业自动化的无缝结合，实质上是一个单层的扁平结构，其良好的可扩展性和互连性，使之成为真正意义上的全开放网络体系结构的大统一。

（三）基于Web的网络监控平台

嵌入式以太网是最近网络应用热点，就是通过Internet使所有连接网络的设备彼此互通，从计算机、PDA、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，管理者通过Web浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器，连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-485接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。

三、以太网交换技术的发展趋势

以太网和通信技术的突飞猛进，促使工业以太网技术进一步发展。目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用，并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。总的来说，工业以太网技术的发展趋势将体现在以下几个方面：

（一）工业以太网与现场总线相结合

工业以太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展，在技术上日渐成熟，在市场上也开始了全面推广，并且形成了一定的市场。就目前而言，全面代替现场总线还存在一些问题，需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构，开发出基于工业以太网的系列产品。

（二）工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋

随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展，为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础，从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。为此，国际电工委员会IEC正着手起草实时以太网(Real-timeEthernet,RTE)标准，旨在推动以太网技术在工业控制领域的全面应用。

参考文献：

1]徐皑冬,王宏,杨志家.基于以太网的工业控制网络J].信息与控制,2000年4月,第29卷,第2期

2]贾东耀,汪仁煌.工业控制网络结构的发展趋势J].工业仪表与自动化装置,2002年,第5期

3]杨清宇,施仁.基于因特网的工业控制网络体系结构研究J].信息与控制,2002年10月,第3l 卷,第5期

工业以太网与现场总线的优缺点 整理

工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；

工业以太网的意义和应用分析

以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。 Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要

工业以太网控制系统论文

工业以太网控制系统论文 一、工业以太网技术的特点 以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显： （一）Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。 （二）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。 （三）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。 （四）通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。 （五）可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。 二、工业以太网在控制领域应用现状 工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的`“自动化孤岛”问题，但从目前的发展看，工业以太网在控制领域的应用主要体现在以下几种形式。 （一）混合Ethernet/Fieldbus的网络结构 这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。

工业以太网的构成及重要性能介绍

工业以太网的构成及重要性能介绍 西门子就逐步地把以太网的概念引入到工业控制领域，到今天，西门子SCALANCE系列工业以太网交换机产品，已经在冶金、烟草、汽车、煤矿、造船、地铁、电力、风电、交通、石化、水处理等多个行业的多个项目中得到了成功的应用，产品线也日臻完善。 工业以太网简介 工业以太网是基于IEEE 802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来的利益 市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：通过简单的连接方式快速装配。 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。

各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。 工业以太网络的构成 一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件： 网络部件 连接部件： FC快速连接插座 ELS(工业以太网电气交换机) ESM(工业以太网电气交换机) SM(工业以太网光纤交换机) MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤 SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。 PG/PC上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC

工业以太网简介

工业以太网简介: 工业以太网就是基于IEEE 802、3 (Ethernet)得强大得区域与单元网络。利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新得多媒体世界得途径。 企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供得广泛应用不但已经进入今天得办公室领域,而且还可以应用于生产与过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工与自适应得100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802、3u 得标准)也已成功运行多年。采用何种性能得以太网取决于用户得需要。通用得兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来得利益 :市场占有率高达80%,以太网毫无疑问就是当今LAN(局域网)领域中首屈一指得网络。以太网优越得性能,为您得应用带来巨大得利益: 通过简单得连接方式快速装配。 通过不断得开发提供了持续得兼容性,因而保证了投资得安全。 通过交换技术提供实际上没有限制得通讯性能。 各种各样联网应用,例如办公室环境与生产应用环境得联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间得通讯,例如,ISDN 或Internet 得接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证得技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷得工业环境,包括有高强度电磁干扰得区域。 工业以太网络得构成 :一个典型得工业以太网络环境,有以下三类网络器件: ◆网络部件 连接部件: ?FC 快速连接插座 ?ELS(工业以太网电气交换机) ?ESM(工业以太网电气交换机) ?SM(工业以太网光纤交换机) ?MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线与光纤 ◆ SIMATIC PLC控制器上得工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工 业以太网。 ◆ PG/PC 上得工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能:为了应用于严酷得工业环境,确保工业应用得安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要得性能: ?工业以太网技术上与IEEE802、3/802、3u兼容,使用ISO与TCP/IP 通讯协议?10/100M 自适应传输速率 ?冗余24VDC 供电 ?简单得机柜导轨安装 ?方便得构成星型、线型与环型拓扑结构 ?高速冗余得安全网络,最大网络重构时间为0、3 秒 ?用于严酷环境得网络元件,通过EMC 测试 ?通过带有RJ45 技术、工业级得Sub-D 连接技术与安装专用屏蔽电缆得Fast Connect连接技术,确保现场电缆安装工作得快速进行 ?简单高效得信号装置不断地监视网络元件 ?符合SNMP(简单得网络管理协议) ?可使用基于web 得网络管理 ?使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络。 工业以太网冗余原理

工业以太网的特色技术及其应用选择

工业以太网的特色技术及其应用选择 发布时间：2007-05-15 浏览次数：105 | 我要说几句 | ?? 用户解决方案2012优秀论文合订本 ?? NIDays2012产品演示资料套件 ?? 《提高测量精度的七大技巧》资源包 ?? LabVIEW 2012评估版软件 关键词：工业以太网实时特色技术 编者按：工业以太网成为自动化领域业界的技术热点已有时日，其技术本身尚在发展之中，还没有走向成熟，还存在许多有待解决的问题。究竟什么是工业以太网，它有哪些特色技术，如何应用与选择适合自己需求的工业以太网技术与产品，依然是今天人们所关心的问题。 一什么是工业以太网 工业以太网技术，是以太网或者说是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物。前者源于后者又不同于后者。以太网技术原本不是为工业应用环境准备的。经过对工业应用环境适应性的改造，通信实时性改进，并添加了一些控制应用功能后，形成了工业以太网的技术主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。 二工业以太网涉及企业网络的各个层次

企业网络系统按其功能划分，一般称为以下三个层次：企业资源规划层(Enterprise Resource Plan NI ng, ERP)、制造执行层(Manufacturing Excurtion System, MES)和现场控制层(Field Control System，FCS)。通过各层之间的网络连接与信息交换，构成完整的企业信息系统。( 见图1) 图中的ERP与MES功能层属于采用以太网技术构成信息网络。这个层次的工业以太网，其核心技术依然是信息网络中原本的以太网以及互联网系列技术。工业以太网在该层次的特色技术是对其实行的工业环境适应性改造。而现场控制层FCS中，基于普通以太网技术的控制网络、实时以太网则属于该层次中工业以太网的特色技术范畴。可以把工业以太网在该层的特色技术看作是一种现场总线技术。除了工业环境适应性改造的内容之外，通信实时性、时间发布与同步、控制应用的功能与规范，则成为工业以太网在该层次的技术核心。

工业以太网的研究现状及展望

工业以太网的研究现状及展望1 陈积明 王智 孙优贤 (浙江大学工业控制研究所,杭州 310027) 摘要简单介绍了以太网的发展现状并针对以太网在工业应用中的不足综合了现阶段国内外的研究 提出了一些解决方案同时分析了工业以太网的发展前景 关键词QoS 交换式以太网 VLAN 虚拟冲突 环冗余 OPC 1 前言 在现代工业控制中由于被控对象测控装置等物理设备的地域分散性以及控制与监控等任务对实时性的要求工业控制内在地需要一种分布实时控制系统来实现控制任务[1] 在分布式实时控制系统中不同的计算设备之间的任务交互是通过通信网络以信息传递的方式实现的为了满足任务的实时要求要求任务之间的信息传递必须在一定的通信延迟时间内从信息传送到信息接收之间的全部通信延迟称作端对端的通信延迟它主要包括产生延迟排队延迟传输延迟和发送延迟四方面的因素其中排队延迟由通信网络的 MAC层决定工业通信网络的采用不仅为实现过程分布控制提供了现实可行的条件而且对系统的实时性提出了强烈的要求为了满足工业控制中对时间限制的要求通常采用具有确定的有限排队延迟的专用实时通信网络典型的实时通信网络就是现场总线它是应用在生产现场在微机化测量控制设备间实现双向串行多节点的数字通讯系统又称为开放式数字化多点通讯的低层控制网络被誉为自动化领域的计算机局域网[2]它把各个分散的测量控制设备转换为网络节点以现场总线为纽带连接成为可以互相通信沟通信息共同完成自控任务的网络化控制系统 由于现场总线适应了工业控制系统向分散化网络化和智能化发展的方向并且促使目前的自动化仪表DCS和可编程控制器(PLC)等产品面所临体系结构和功能结构的重大变革导致工业自动化产品的又一次更新换代现行的现场总线有FF PROFIBUS WorldFIP P-NET CAN和LONWORK等[3] 尽管现场总线获得了巨大的成功然而现场总线这类专用实时通信网络具有成本高速度低和支持的应用有限等缺陷如何利用COTS Commercial off-the shelf技术来满足工业控制需要是目前迫切需要解决的问题[4]其中如何把Ethernet应用到工业已经成为工业控制和实时通信研究的热点 Ethernet作为一种成功的网络技术进入市场已经将近二十年了在办公自动化和工业界获得了广泛的应用因为Ethernet具有成本低稳定和可靠等诸多优点Ethernet已经成为最受欢迎的通信网络之一然而由于Ethernet 的MAC层协议是CSMA/CD各个节点采用1坚持BEB Binary Exponential Back-off算法处理冲突具有排队延迟不确定的缺陷无法保证确定的排队延迟使之无法在工业控制中得到有效的使用随着IT技术的发展Ethernet的发展也取得了本质性的飞跃先后产生高速Ethernet和千兆Ethernet 产品和国际标准以及即将出现的十千兆Ethernet产品和国际标准针对Ethernet的排队延迟不确定性Ethernet又增加了双工通信技术交换技术信息优先级等来提高提高实时性同时Ethernet又改进了容错技术Ethernet的新变化已经引起工业通信系统供应商和用户的高度重视他们迫切需要知道Ethernet是否满足工业控制的要求采用 Ethernet能够带来哪些好处和需要解决哪些问题现在在美国成立了工业自动化通信网络联盟Industrial Automation Network Alliance, IANOA其主要目的在于建立Ethernet 为工业控制中的通讯标准[5]在欧洲成立了IANOA的联盟其主要目的推广Ethernet在工 1基金项目国家自然科学基金资助项目编号6008401

工业以太网技术全面解析

工业以太网技术全面解析 高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。下面对它们进行简单比较。Ethernet/IP Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。 实现实时性的方法 Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。 Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。 Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。 EPA EPA是在“863”计划的支持下，由浙江大学、清华大学、浙江中控技术公司、大连理工大学、中科院自动化所等单位联合制定，是用于工业测量和控制系统的实时以太网标准。

工业以太网交换机发展现状分析及组网方案

工业以太网交换机发展 现状分析及组网方案 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】

工业以太网交换机发展现状分析及组网方案 文章来自： 近几年来经济发展带动着计算机技术与自动化控制技术的高速发展两者相结合应用不断提高促进产业信息化和智能化，这就带动了工业控制接口转换器 RS232转换器、RS485转换器、RS485集线器、工业以太网交换机在数据采集、网络通讯的应用带来了工业生产自动化，实现优质、高产、低耗，提高工业企业经济效益的重要技术手段。 目前国内的工业以太网交换机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难现已大部分退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升，各类芯片电子元器件、生产设备在国际市场基本可平等选购。深圳宇泰科技在这些有利条件下，通过强大的研发团队和先进的生产设备，自主研发工业接口转换器、以太网交换机，产品通过多项专利技术及国内外各项质量认证性能指示处于国内外领先不平。工业以太网交换机的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业接口转换器。 工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输。以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用。工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。

几种典型工业以太网技术比较

几种典型工业以太网技术比较

1 工业以太网总览 表1给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。 表1-1 常见工业以太网及其管理组织列表 上述各种工业以太网管理组织的标识如图1所示。 图1-1 工业以太网管理组织标识 根据从站设备的实现方式，可将工业以太网分为三种类型： （1）类型A ——通用硬件、标准TCP/IP协议 Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFInet/CbA（版本1）采用这种方式。使用标准TCP /IP协议和通用以太网控制器，结构如图1-2所示。这种方式下，所有的实时数据（如过程数据）和非实时数据（如参数配置数据）均通过TCP/IP 协议传输。其优点是成本低廉，实现方便，完全兼容通用以太网。在具体实现中，某些产品可能更改/优化了TCP/IP协议以获得更好的性能，但其实时性始终受到底层结构的限制。

通用以太网控制器IP TCP/UDP IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-2 工业以太网类型A 结构 （2）类型B —— 通用硬件、自定义实时数据传输协议 Ethernet Powerlink 、PROFInet/RT （版本2）采用这种方式。采用通用以太网控制器，但不使用TCP/IP 协议来传输实时数据，而是定义了一种专用的包含实时层的实时数据传输协议，用来传输对实时性要求很高的数据，结构如图1-3所示。TCP/IP 协议栈可能依然存在，用来传输非实时数据，但是其对以太网的读取受到实时层（Timing-Layer ）的限制，以提高实时性能。这种结构的优点是实时性较强，硬件与通用以太网兼容。 通用以太网控制器 IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-3 工业以太网类型B 结构 （3）类型C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT 、SERCOS-III 、PROFInet/IRT （版本3）采用这种方式。这种方式在类型B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步

基于工业以太网的网络数控系统设计及实现

基于工业以太网的网络数控系统设计及实现3 梁志锋1,解翔2,唐小琦2 (1　广东省机械研究所,广州510000;2　华中科技大学国家数控中心,武汉430074) 摘要　在分析网络数控技术发展历史基础上,重点介绍工业以太网的网络数控系统硬件平台和软件平台的设计与实现,具有很强的实际应用性。 关键词:网络数控　工业以太网　DNC 中图分类号:TP39119;TH16　文献标识码:A　文章编号:1671—3133(2006)01—0038—03 Design o f the netw orked num erical control system b ased on industrial E thernet Liang Zhifeng1,X ie X iang2,T ang X iaoqi2 (1　G uangdong Machinery Research Institute,uangzhou510000,CH N;2　National NC system Engineering Research Center,Huazhong University of Science&T echnogy,Wuhan430074,CH N) Abstract　The netw orked numerical control system based on industrial E thernet has already become the development trend of numerical control system.Has explained the design and implementation netw orked numerical control system based on industrial E thernet in the view of practical application.A fter analyzing the development history of the netw orked numerical control technology,explains the design and realization of hardware platform and s oftware platform of netw orked numerical control system based on industrial E thernet especially, with very strong actual using value. K ey w ords:Netw orked numerical control　Industrial E thernet　DNC 1　引言 从企业实际需求来看,对于制造业,目前企业的MIS和ERP仅仅局限于通常的管理、设计开发等上层部分的信息化,是远远不够的,工厂、车间的最底层数控机床不能够连成网络,就必然成为制约制造业企业信息化的瓶颈,不能充分提高生产效率。对于面临全球化竞争的现代制造工厂,数控机床必须达到一定的数量或比例;其次就是把所拥有的数控机床组建成一个双向、高速的制造体系,彻底解决信息孤岛问题,构成数字化车间,以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。 2　网络数控技术的发展 211　DNC系统及网络结构 DNC(Direct Numerical C ontrol,DNC)系统是指多台数控机床由一台计算机统一分配控制程序和进行管理。现在的DNC系统从内容和意义上已发展成为分布式数字控制(Distributed Numerical C ontrol,DNC)系统。从数控技术的发展分析,分布式数控系统是由直接数控系统发展而来的,是针对当时数控设备内存小、处理能力弱而产生的。以后出现的计算机数控 广东经贸委项目(0612A2003040Π5) 开放式、网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势。通过网络进行大系统的集成,便于实现车间自动化。 参考文献: [1]　向华,陈吉红,周云飞.基于PC数控实时检测系统建模 方法研究[J].中国机械工程,2003,14(20):1777-1779. 作者简介:向华,工学博士,主要从事精密测量、数控技术方面的研究。收稿日期:2005209228 83 　现代制造工程2006年第1期数控加工技术

六种工业以太网比较

六种工业以太网比较 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

六种工业以太网比较 摘要：当前，工业以太网技术是控制领域中的研究热点。所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前，几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。本文通过对这六种工业以太网比较，以便更好的应用于系统集成。 关键词：工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA 与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带，以太网得到了工业界的认可。 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当

工业以太网的发展与前景

工业以太网的发展与前景 摘要：随着以太网技术的成熟，交换技术的应用，高速以太网的发展等在工业自动化领域上正迅速增长，几乎所有的现场总线系统最终可以都连接到以太网。 关键词：工业，以太网，发展，瓶颈，前景，DCS , TCP/IP 1.分散型控制系统DCS及其发展 现代意义的工业控制网络体系是出现在上世纪七十年代，即最初的分散型控制系统 DCS(也称集散控制系统)，它有着明显的缺点：首先，结构是多级主从关系，现场设备之间相互通信必须经过主机，使得主机负荷重、效率低，且主机一旦发生故障，整个系统就会崩溃；其次，它还使用大量的模拟信号，很多现场仪表仍然使用传统的4—20mA电流模拟信号，传输可靠性差，不易于数字化处理；第三，各系统设计厂家的DCS制定独立的标准，通讯协议不开放，极大的制约了系统的集成与应用，不利于现代跨国公司的进一步发展。 为了克服DCS系统的技术瓶颈，进一步满足工业现场的需要，现场总线技术应运而生。经过四十年的发展，出现了过多的现场总线标准种类，且各有自己的优势和适用范围，用户如何取舍是比较棘手的问题；其次，控制系统中如果有多种现场总线同时存在，由于总线通信协议的多样性。这样会使控制任务无限复杂化，另外在本质安全、系统可靠性、数据传输速度等方面存在一些技术瓶颈或不符合现代企业对信息的要求。为了解决这些问题而出现了以TCP／IP协议为基础的工业以太网技术。下面对工业以太网技术进行详细介绍。 2. 工业以太网的前世今生 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 3. 以太网与工业以太网 以太网: （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界；（3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；（4）在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术； （5）沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；

基于工业以太网的电气设备运行状态监测系统

基于工业以太网的电气设备运行状态监测系统 张英杰葛芦生 （安徽工业大学电气信息学院，马鞍山243002） 摘要:近年来，以太网在工业自动化领域的应用越来越广泛。电气设备运行状态监测系统，采用基于工业以太网的分布式 测量方案，通过ADAM5000/TCP 数据采集模块,实时采集电气设备运行状态信号，并对运行状态进行分析和处理，该软件的功能主要有：数据采集和处理、故障诊断、故障报警和保存、报警查询、统计和打印、网络通信，实现了电气设备运行状态的监测和故障诊断。 关键词:工业以太网状态监测故障诊断 0 引言 冷轧厂精整作业区14 条机组设备分布在 5 个控制室内，且各控制室之间相距较远，当设备发生跳闸或其它异常情况时，值班人员不能及时判别故障类型并加以处理，从而使生产受到影响。为了改善这种状况，结合电 气设备现场分散分布的特点，本文设计出基于工业以太网的分布式测量系统，采集所有反映电气设备运行状态 的信号，分布在 5 个控制室内的计算机可实时监控各电气设备运行状态，并进行信息处理，实现故障报警。 1 系统方案及硬件配置 根据系统功能需求和以太网的优点，本系统采用研华公司基于以太网的数据采集和控制系统 ADAM5000/TCP 实现数据的高速采集和通信，其配置如图 1 所示。 数据库 服务器显示终端显示终端显示终端显示终端显示终端 以太网 数据采集工作站 ADAM 5000/TCP ADAM 5000/TCP ADAM 5000/TCP ADAM 5000/TCP ADAM 5000/TCP 图1 系统硬件配置图 采用SIMATIC IL-40 工控机，其技术指标为P4 2.6 G/512 M/80 G/10/100 Mbps 以太网端口。ADAM-5000/TCP 提供8 个插槽，支持多达128 个I/O 点，具有高速I/O 能力和智能诊断能力，内置一个10/100 Mbps 以太网端口，支持Modbus/TCP 协议和UDP 协议。每块A DAM-5000/TCP 配置8 个16 路隔离数字量输入模块ADAM5051S。 系统网络为C/S结构，采用TCP标准通信协议进行数据传输，数据采集工作站负责采集数据，数据库服务器 负责数据保存和维护。 2 系统软件功能及实现 本系统软件采用VB6.0 开发平台和SQL Server 2000 数据库开发工具，数据采集驱动程序由研华公司提供， 人机界面清晰，操作简单。 2.1数据采集和处理 为了实现数据的实时采集和处理，编程时采用VB 中的两个定时器，一个用于定时读取ADAM5000/TCP 模 块中的数据；另外一个用于实现数据的处理、显示和通信。 研华公司为方便用户，提供了支持VB开发平台的DLL（动态链接库）驱动程序和1个ActiveX控件ADAMTCPX，用户可任选其一用以开发自己的驱动程序。根据Modbus/TCP协议，数据采集工作站通过以太网 与ADAM-5000/TCP进行通信，依次向网络上的A DAM-5000设备发送数据请求命令，设备根据接收的数据返回 相应的内容给数据采集站，数据采集站则可通过分析返回的内容，进行相应的数据处理，从而实现数据的采集。 2.2故障诊断 电气设备根据某一机组在同一次读取数据时发生故障数可分为两种情况：①机组中单个设备故障；②机组 中多个设备故障，所以，当有故障发生时，首先要分清是哪一种情况，然后再作相应处理。如同一次测量同一 机组只有一路信号与正常状态（“0”）不同，则可判断为该路信号对应设备发生故障。如同一次测量同一机组有 两路或两路以上信号发生异常，不能肯定对应设备一定都发生故障，这是因为电气设备继电保护系统是按照一 定的逻辑关系进行联锁设计的，往往一个触点动作会引发一系列后继触点动作，造成多路信号发生异常，因此， 发现第一个动作触点是分析故障原因的重要条件[1]。 1

工业以太网通信标准PROFInet及其应用

工业以太网通信标准PROFInet及其应用 发布日期：2011-09-27 浏览次数：2110 分享到：0 【摘要】：随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成 成为可能。PROFInet是Process Field Net的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。 1 引言 随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其 标准的重大影响。在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成成为可能。PROFInet 是Process Field Net的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。PROFInet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案,包括一整套完整高性能并可升级的解决方案,可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFInet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性,从而 可以保护用户的投资与利益。PROFInet可以使工程与组态、试运行、操作和维护更为便捷,并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。工程实践证明,在组建企业工控网络时采用PROFInet通讯技术可以节省近15%的硬件投资。 2 PROFInet通讯标准 PROFInet可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的连接。PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶段,它主要包含以下方面:（1）高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）;（2）基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通信方案（功能单元间的通信关系）;（3）独立于制造商的工程设计方案（应用开发）。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描述:PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通信。 2.1 PROFInet设备的软件结构 PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模块化设计的软件包含若干通信层,每层都与系统环境一致。PROFInet软件主要包括一个RPC（Remote Procedure Call）层,一个DCOM（Distributed Component Object Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet对象可以是ACCO（Active Connection Control Object）设备、RT auto （Runtime Automation）设备、物理设备或逻辑设备。软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通信服务。PROFInet通过系统接口连接到操作系统（如WinCE）,通过应用接口连接到控制器（如PLC）。

工业以太网EtherCAT协议分析与研究

电气与自动化工程学院 《控制网络与通信》 期末大作业报告 题目：工业以太网EtherCAT 协议分析与研究 姓名：吉宇 学号：160514205 班级：测控142 学年：2016～2017学年第二学期

目录 1.引言 (1) 1.1选题意义及课题来源 (1) 1.2国内外研究和发展现状 (1) 2.主流工业以太网技术对比 (2) 2.1工业以太网概述 (2) 2.2实时工业以太网的比较 (2) 3.ETHERCAT系统运行原理 (3) 3.1E THER CAT系统组成 (3) 3.2E THER CAT数据帧 (4) 3.3E THER CAT寻址方式和通信服务 (5) 3.4应用层 (5) 4.应用案例 (6) 5．结束语 (8) 参考文献 (9)

1.引言 1.1选题意义及课题来源 在 Internet等信息网络技术飞速应用的时代，工业上提出了一种重要的方案来解决工业现场设备和设备系统之间的信息集成，这就是现场总线。由于现场总线经济实用、可靠、简单，所以得到了许多工业化企业、标准团体等的密切关注，得到了非常广泛的研究和应用。 然而在其不断的发展过程和实际应用中，一些不好之处逐渐显现：如标准过多，相互之间又不可兼容，信息不能全面连接集成，传输速率较低，并且在工业上使用的现在现场总线需配备单独的实时网络，使用的成本也比较高。基于以上不足，工业化企业因此逐渐将发展目光转向了具有管理方便、兼容性好、传输速度快、开放性强、结构简单、功耗低和成本低等优点的以太网。 1.2国内外研究和发展现状 目前，国内外已经开发出了多种工业以太网产品，如 Profi Net、Powerlink、Modbus/TCP、Ethernet/IP、EtherCAT、EPA等。在众多工业以太网协议中，EtherCAT凭借它的卓越的实时性优势、拓扑结构灵活、配置简单、易于实现、基于以太网标准及技术的开放性等优势，已经逐渐成为工业控制领域发展的主流。 国外很多企业对EtherCAT的技术研究已经比较深入，而且已经开发出了比较成熟的产品，除了德国Beckhoff之外，还有美国Kollmorgen、意大利Phase、美国 NI、SEW、TrioMotion、MKS、Omron、Copley Controls 等自动化设备公司都推出了一系列支持 EtherCAT驱动设备。 1.3主要内容及章节安排 第一节为引言。本章主要介绍本文的选题意义和针对课题研究背景做简单介绍，概述了国内外研究和发展现状与对本文的主要内容进行安排。 第二节为工业以太网技术对比。通过对几种主流的实时工业以太网进行对比分析，得出EtherCAT协议的优势。 第三节为EtherCAT运行原理。对EtherCAT协议相关的理论知识进行介绍，包括系统主从站组成、EherCAT协议帧、EtherCAT报文寻址方式及通信命令、协