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工业以太网在控制系统中的应用前景

The Applicable Pro spect of Industrial Ethernet in Control Syste ms

熊育悦　赵哲身

(上海大学机电工程与自动化学院,上海　200072)

摘　要　简要介绍了以太网技术在工业控制系统中应用的优势和面临的问题,着重讨论了以太网的确定性和实时性问题,展示了工业以太网应用于控制系统的前景。

关键词　工业以太网　工业控制　应用　展望

Abstract　The superiority and the issues lie ahead in application of E thernet technology in industrial control systems are described in brief.The determ i2 nation and real time performance of the E thernet are discussed em phatically.The prospect of application of industrial E thernet in control systems is fore2 casted.

K ey　w ords　Industrial E thernet　Industrial control　Application　Prospect

0　引言

信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这形势发展起来的新技术。其初衷是用数字双向通信技术代替4～20m A 模拟传输技术。但随着1999年现场总线技术标准IEC 61158的出台,8种现场总线都成为国际电工委员会(IEC)的现场总线技术标准,其实质是没有真正统一的通信标准。不同厂商的仪表设备在不同的FCS中兼容性问题并没有得到解决。因此,现场总线的发展前景受到了很大的制约,世界各大厂商纷纷寻找其它途径以求解决扩展性和兼容性的问题,于是目前在信息网络中广泛应用的以太网成为首选的目标。因为基于TCP/IP协议的以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,它支持几乎所有流行的网络协议。它能克服现场总线通信协议比较简单,通信速率比较低的缺点。

1　以太网的发展简史和优点

1.1　以太网的发展简史

1980年,DEC(digital equipment corporation)、Intel和X erox三大公司发布了DIX版以太网110规范,其传输速度为10Mb/S,所支持的唯一物理介质为粗同轴电缆。1982年,发布了DIX210版,这就是通常所说的E thernetⅡ。与DIX同步的是IEEE成立的至今闻名的80213委员会。1985年,IEEE80213委员会发布了CS2 M A/C D访问方法和物理层规范。尽管其帧的定义与DIX210不尽相同,但是现在更多的人认为它就是以太网。这两种结构的帧可以在同一介质共存,但不能互操作。1996年,出现了快速以太网标准,传输速度为100Mb/S;1998年9月公布了80213ab千兆以太网标准。

1.2　以太网的优点

以太网在其发展的20年中得到了极为广泛的应用,已经成为一种主流技术。目前在构筑信息高速公路、在企业信息系统和智能建筑中都无一例外地应用了高速以太网。这主要是由于应用以太网有如下一些优势[1]:

①基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络,不同厂商的设备很容易互联。这种特性非常适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题;

②以太网能便捷地访问远程系统,共享/访问多数据库;

③易于与Internet连接,能够在任何城市、地方利用电话线通过Internet对企业进行监控,是提高生产效率的有效手段;

④能降低成本,包括技术人员的培训费用、维护费用及初期投资;

⑤以太网能实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接。

以上这些优势使得以太网非常适合应用到工业控制系统中去。然而,原先以太网的发展是以办公自动化为目标的,为商业网络设计的。这使得以太网必然带有不适合应用于工业控制系统的缺陷。这种缺陷有

工业以太网在控制系统中的应用前景　熊育悦,等

时是致命的。

2　以太网应用于工业控制系统时的问题

a.以太网存在实时性差和不确定性的问题[2]。

确定性是指网络中任何节点、在任何负载情况下都能在规定的时间内得到数据发送的机会,任何节点都不能独占传输媒介。而实时性主要通过响应时间和循环时间来反映。

以太网虽然在商业领域得到了广泛的应用,但用标准的UDP 或TCP/IP 协议与E thernet 一起来构建实时控制网络是困难的。这主要是因为以太网的媒介访问控制协议———CS M A/C D 有无法预见的延迟特性。网络每个节点要通过竞争来取得信息包的发送权:节点监听信道,只有当发现信道空闲时,才能发送信息;如果信道忙碌则需要等待。信息开始发送后,还需要检查是否发生碰撞,信息如发生碰撞,需退出重发。当实时数据与非实时数据在普通以太网上同时传输时,由于实时数据与非实时数据在源节点的竞争以及与来自其它节点的实时与非实时数据的碰撞,实时数据将有可能经历不可预见的大延时,甚至长时间发不出去的情况。以太网的整个传输体系并没有有效的措施及时发现某一节点故障而加以隔离,从而有可能使故障节点独占总线而导致其它节点传输失效,工业控制响应的实时性问题就不能得到解决。

以太网的这一缺陷使它适合于信息传输系统而与过程控制系统的要求有一定的距离。这是因为信息传输系统与过程控制系统在通信的要求上有很大的不同:信息传输的主要要求是速度快,过程控制系统不仅要求速度快,还要求响应快,即实时性好。信息传输系统IT 对响应时间要求较低,一般是2～6s ;过程控制对系统的实时要求较高,一般是015～2s 。信息传输系统对实时性的要求是软的,只要大部分时间满足要求就可以了,偶尔几次不及时响应是没有关系的;过程控制对实时性的要求是硬的,因为它常常涉及安全,必须在任何时间都及时响应,不允许有任何不确定性。显然过程控制的实时性要求高得多,过程控制通信将分散的节点接入系统时常采用广播方式和多组方式,信息传输系统通信时一个自主系统和另一个自主系统只在需要通信时建立一对一的方式[3,4]。

因此,普通的以太网要应用于工业控制系统必须解决实时性和确定性的问题。

b.以太网的工业可靠性问题。

以太网是以办公自动化为目标设计的,并没有考虑工业现场环境的适应性需要,如超高或超低的工作温度,大马达或大导体产生的影响信道传输特性的强电磁噪声等。工业以太网如要在车间底层应用必须解决可靠性的问题。

c.以太网不提供电源,必须有额外的供电电缆。

d.以太网不是本质安全系统。

e.安全性问题。没有授权的用户可能进入网络

的控制层或管理层,造成安全漏洞。

f.现存的控制网络与新建以太控制网络的集成

问题。

上述这些问题中,实时性、确定性及可靠性问题是阻碍以太网长期进入工业控制领域的主要障碍。为了解决这一问题,人们从不同角度提出了许多解决办法。

3　工业以太网技术的发展使其在工业控制领

域应用成为可能

过去几年,以太网技术有了许多进步。其中,交换式以太网技术的发展与应用大大地改善了以太网技术中由于CS M A/C D 媒介访问方法产生的不确定性问题,它与快速以太网、千兆以太网技术结合,使以太网的实时性、确定性都得到了较大的改善。

3.1　交换技术的发展与应用,提高了以太网的确定

性,使以太网应用于控制系统成为可能

早期,用双绞线连接的以太网通过中央H UB 相连而具有星形拓扑结构。H UB 是一个多端口中继器,它将一个端口接收的数据发送到所有其它端口。如网络规模大,会增加H UB 的数量,且整个网络共享媒介,意味着每次都只有一个节点能发送数据。如果节点数目急剧增加,可以用路由器或网桥将网络分成几个不同的冲突域。但路由器和网桥价格昂贵而且通常端口较少。

交换机是一种智能H UB ,它能识别并处理所接收的数据的目的地址而仅仅将它发送到目的端口。

构建一个带交换机的以太网系统可以实现完全的确定性。但必须注意的有两条:一是网络中的每个装置必须带有自己的交换机;二是交换机工作方式必须是存储转发方式,这样在系统中只有点对点的连接,不会出现碰撞。通过优先权或其它机制来安排数据包在交换器中的发送顺序,系统将是确定的。

采用交换机的另一好处是将冲突域分割开来,从而扩大了网络系统的覆盖范围。冲突域被定义为在网络工作时可能发生冲突的用中继器连接的网段及其站点的集合。以太网冲突域的限制表现在两个方面,一是网络直径的限制,一是对冲突域内网络站点的限制

(一般不超过1024个站点)。以太网的直径由循环延

《自动化仪表》第23卷第9期　2002年9月PR OCESS AUTOMATION INSTRU MENTATION,V ol.23,N o.9,Sep.,2002

时(即间隔时间)和网络的数据传输速率决定。循环延时是固定不变的,它等于发送512bit 数据所用时间。循环延时=(中继器总延时+传输介质总延时+M AU 总延时+DTE 总延时)×2<512位时。

数据传输速率越高网络最大直径就越小。标准配置的网络直径往往无法满足实际情况的要求,必须利用网桥、交换器、路由器等网络互联设备来构建较大规模的多冲突域的以太网系统。交换器分隔技术就是其中的一种。

交换式以太网采用全双工传输模式和交换式集线器(交换机)来避免碰撞,每个节点对应于H UB 上的一对端口。这样每个节点/端口创建了自己的碰撞域并与其它碰撞域隔离,传入交换式集线器的数据包只通过与目的站相连的端口进行传送。由于能同时发送和接收,网络的数据吞吐量将是原数据传输速率的两倍,网络的性能将只受到发送双方组件性能的限制。

用交换式集线器构建以太网的好处在于:突域分隔技术,可以有效地把网络通信限制在各冲突域内。可以支持多端口之间的同时通信。可以连接不同速率的以太局域网,

保持与低速网的相容性。

图1　3种拓扑结构[5]

有3种不同的工业以太网的拓扑结构(见图1):线性拓扑、环形拓扑和树形拓扑。它们的循环时间t c 计算公式如下[5]:

线性拓扑:t c =2(N +1)t s +2(N +2)t f 环形拓扑:t c =(N +3)t s +2(N +2)t f 树形拓扑:t c =2Et s +(2E +N +1)t f

帧传送时间为t f =max {h +b ;512}t b +t g

式中:t g 是帧间间隙时间;N 是设备数;E 是交换器层数;t s 为交换器响应时间。

树形拓扑有着良好的性能,但所需交换机多,布线也较多,所以采用较少。一般采用线形拓扑或环形拓扑。

3.2　工业以太网硬件产品的研究开发将极大地促进

其应用于工业控制

要将工业以太网应用于工业控制,必须解决网络硬件的可靠性问题。为此,各制造商正在研制适应于工业环境的以太网产品、控制器并开始提供以太网接口。目前,已有一些厂家封装传统的以太网电缆和接插件,推出基于PC 和on -chip 设备的解决方案,如

R ockwell 公司推出一个基于E thernet/IP (以太网的基于

主机/客户机的控制和信息协议CIP )的工业解决方案,即第3套Allen -Bradley 产品,首先在以太网上实现实时控制功能,可在C ontrolLogix ,Process Logix ,FlexI/O 和PanelView 总线上提高100Mbit/s 的传输速度;W ood 2

head C onnectivity 提供了一种基于微型化R J -45技术

的特殊封装的抗污染、抗震动、防止误接的工业以太网接插件R J -Lnxx IP67,它兼容10Base -T 和100Base -T 系统并能与商用R J -45和其它工业以太网产品一起使用,采用5类线;Lumberg Inc.改进了传统的用于传感器的针式M 12接插件使之适用于工业以太网,称为“etherM ate Interconnection System ”;主要产品包括R J

45-M 12防水插座,IC AT 5e 屏蔽双绞线和PUR M 12连

接器。

为了促进E thernet 在工业领域的应用,国际上成立了工业以太网协会(Industrial E thernet Association ),并与美国ARC Advisory G roup/AMR Research 研究中心和

G artner G roup 等机构合作开展工业以太网关键技术的

研究。为了解决在无间断的工业应用领域,网络在极端条件下稳定地工作,美国Synergetic M icro System 公司和德国H irschmann 公司专门开发和生产导轨式收发器系列、集线器系列和交换机系列,它们安装在标准DIN 导轨上,并有冗余电源供电;接插件采用牢固的DB -9

结构。美国NET silicon 公司研制的工业以太网通信接口芯片,每片价格已降至10～15美元,与各种现场总线芯片相比,价格具有极大优势[6]。

3.3　出现了受大公司支持的工业以太网应用标准及

工业以太网交换机应用解决方案

目录前言 (3) 应用解决方案 (4) 数字化变电站S OLUTION (4) 电力信息采集S OLUTION (5) 高速公路隧道监控系统S OLUTION ..................................................................... 错误！未定义书签。高速公路通信系统S OLUTION.. (9) 智能轨道监控系统S OLUTION (10)

前言早期的工业网络，大部分注重的是工业交换机的电气、物理、结构等特性。现在的工业网络，除了对以往硬件条件的规范外，随着其向智能、灵活、高效的方向发展，对网管、环网切换、冗余、QoS、路由等软件特性也越来越看重。上海数据通信有限公司所推出的系列工业交换机产品，不仅在产品元器件、原材料的选择上严格遵照工业级标准，而且在软件功能的丰富性、完善性上面确立了诸多优势。公司成立于1994年，十多年来一直致力于传统商用及军用路由交换机等产品的自主研发生产。产品涵盖接入、汇聚、核心全系列路由器和交换机、工业/电力EPON、无线AP 及AC控制等领域，主要应用在金融、政府、军队、运营商等行业。依托公司在数据通信产品方面多年的开发经验，我司的工业交换机产品系列传承了丰富的技术积累，主要体现在功能完善、稳定，网络管理软件界面友好、功能强大、自动检测二层环路拓扑、环网切换等功能。作为一个在通信领域耕耘数十年、以产品开发和产品质量见长的通信公司，我们根据工业领域的应用特征，针对一系列用户所关注的技术问题进行了仔细的研究和攻关，如环网切换时间确保小于50ms、有效的组播转发、广播风暴的抑制、准确的流量控制、长时间的工作在宽温范围、防电磁干扰、防尘防震等等。工业交换机在电力、交通、能源等工业领域提供了完善的解决方案。未来，我们将继续专注于工业自动化领域，不断延伸产品研发和应用，努力向技术深度、应用广度两个方面发展。

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

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

工业以太环网设计方案

工业以太环网设计方案 1.1概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。 1.1.1设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。

控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。 1.2控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。 1.2.1技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。如有其他类型的通信格式，如RS232 RS485或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。以太网TCP/IP技术具有以下的优势：随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。以太网技术具有相当高的数据传输速率（目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机），能提供足够的带宽；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；支持交互式和开放的数据存取技术；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

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