工业以太网的实时性该如何实现
?实时表示系统在一个确定时间内处理外部事件。实时系统的特点是，如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果的系统。有两种类型的实时系统：软实时系统和硬实时系统。在软实时系统中系统的宗旨是使各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成。在硬实时系统中，各任务不仅要执行无误而且要做到准时。大多数实时系统是二者的结合。实时系统的应用涵盖广泛的领域，而多数实时系统又是嵌入式的。这意味着计算机建在系统内部，用户看不到有个计算机在系统里面。实时通信的一般要求：
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?确定性的响应；
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?标准应用的响应时间以太网实时通信应对设备处理器造成小的负担，以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以
10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。以太网最早由Xerox（施乐）公司创建，在1980年，DEC、lntel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G
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；
CTRLink产品家族由集线器、交换机、接口转接器、路由器及网络视频产品。集线器标识中继集线器而交换机表示交换集线器。接口转接器提供双绞线至光纤电缆的转接。 现代工业以太网网络的接线采用双绞线或光纤的星型或环形拓扑。如果网络连接的设备超过两个，需要集线器，它有两种基本的形式－集线器和交换机。中继型集线器是最简单的集线器，它工作在物理层提供了网络扩展的最简单方式并兼容碰撞检测的规则在半双工共享型以太网中加强了内涵。在不超过碰撞域的地理距离或电缆距离的限制下，最多可级联四个集线器。中继型集线器工作在10Mbps。可通过EI系列和EIM迷你型系列实现。 交换集线器实际上定义为网桥，即数据链路层设备。网桥允许两个或多个以太网网络的链路，碰撞域在每个网络中有了分割。使用交换机的优点是扩展规则更加简单，理论上允许交换机没有限制地级联。交换机亦可配置在全双工方式下，消除半双工、共享型以太网网络。交换型集线器包括EIS系列、EISM迷你型、EISC可配置型、和EISX紧凑型可管理和不可管理型。连接光纤网络至双绞线网络可通过集线器或交换机实现。接口转接器的功能类似。与集线器类似，接口转接器定义为物理层设备。接口转接器设备包括EIMC迷你型接口转接器。 协议 以太网定义了ISO OSI开放系统互联标准模型的物理层和数据链路层。在这两个层上定义了多个协议，其中以TCP/IP最流行。即使在TCP之上，针对自动化行业
有多个应用层协议，如Ethernet/IP，PROFInet,HSE,MODBUS/TCP,BACnet和一些私有协议。由于CTRLink产品基于以太网技术，这些产品可在所有协议上工作，包括TCP/IP。在选用CTRLink时，协议并不是考虑问题。 供电 安全和方便起见，CTRLink产品工作在可调整的或不可调整的低压直流或交流电压。直流电压的范围是10V~36V。交流电压的范围是8~24 V，47~63Hz。电源消耗按不同型号而变，但通常为5瓦或低于5瓦。CTRLink产品提供了多电源的连接，接受宽范围电源管理策略。电源可来自其它设备使用的变压器电源，次级接地或不接地或来自公用的直流电源亦可。无需使用单独的变压器，但如果需要亦可。采用直流供电的控制面板，可提供多余的电源用于冗余电源的连接以接入备用的电池系统。直流连接具有电压接反保护。电源接头采用可插拔方式方便现场接线。 兼容规范 所有CTRLink产品兼容欧盟的CE marking要求。在EMC方面，CTRLink产品兼容信息技术设备在工业分类下的抗干扰、抗辐射要求。 所有CTRLink产品兼容UL508－Class 2(低压、有限能源)供电的工业控制设备。这是一个流行的工业自动化标准，通常在控制面板上有要求。
各类工业总线对比 EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。 EtherCAT EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧：嵌入在每个从站中的FMMU（现场总线存储管理单元）在帧经过该节点时读取相应的编址数据，并同时将报文传输到下一个设备。同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。主站方面也非常经济，商用的标准网卡（NIC）或任何主板集成的以太网控制器可以用作硬件接口。这些接口的共性就是数据通过DMA（直接内存读取）传输至PC，即网络读取时无需占用CPU资源。协议EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定的以太类型。采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传输控制数据，而无需重新定义标准以太网帧。该以太网帧可由多种子报文组成，每个子报文服务于逻辑过程映像区的特定内存区，该区域最大可达4GB。数据序列是独立于物理顺序的，所以以太网端子模块的编址可以随意排序。从站之间的广播，多播和通讯也可得以实现。当EtherCAT组件与主站控制器运行在同一个子网，或者在控制软件直接读取以太网控制器时，可以使用以太网帧直接传输数据。然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文，这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。在这种情况下，系统性能显然取决于控制器及其以太网协议的实时性能。EtherCAT 网络本身的响应时间几乎不受影响：UDP数据帧只需要在第一个站点解包。性能EtherCAT使网络性能达到了一个新高度。借助于从站节点中的FMMU和网络控制器主站的直接内存存取，协议的处理过程完全在硬件中完成。整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此，完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 s。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于12000个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为300 s. 100个伺服轴的通讯也仅为100s。在此期间，系统更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。例如，以太网系统现在不仅可以处理速度控制，也可用于分布式驱动的电流控制。巨大的带宽可以实现每个数据信息与其状态信息同时传输。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT取代PCI由于主板集成了以太网卡，用于接口卡的插槽不再是必要条件。随着PC组件急剧向小型化经济化方向发展，工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性：IPC中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子。除了可以对分布式I/O进行编址，还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。即使是其他无协议限制的以太网设备变体，也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯要求，因此，这不仅极大地精简了IPC 主机的体积，而且也降低了IPC主机的成本。拓扑结构EtherCAT几乎支持任何拓扑类型，包括线型、树型、星型等。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网，并且不受限于级联交换机或集线器的数量。最有效的系统连线方法是线型、分支或树叉结构的组合拓扑。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。当然，仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还
《 》试题A 第 1 页 共 1页 考号 姓名 班级 密封线 答案写在答题线右边 答题线 山铝职院2011~2012学年第二学期 10级工业网络专业《现场总线与工业以太网技 术》期末考试试题A 卷 （卷面满分为100分，请将全部答案均按题号顺序写在答题纸上） 一. 判断题： （每题2分共20分） 1. 现场总线之所以具有较高的测控性能，一是得益于仪表的智能化，二是得益于设备的通信化。 （ ） 2. CSMA/CD 在发送之前要先侦听线路有无数据在发送，以后在数据发送过程中就不需要判断有无冲突存在了。 （ ） 3. CP343-1可以同时作为主站和从站。 （ ） 4. PROFIBUS 主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。 （ ） 5. 在对本质安全设备和安全栅进行认证时，不需要对电压、电流、功率这些实体参数做出说明。 （ ） 6. PROFIBUS 总线每个段上最多可接126个站。 （ ） 7. 基金会现场总线FF-H1数据传输速率为31.25KB/s ，通信距离可达1900m 。（ ） 8. CAN 总线采用非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信 方式，具有某种程度的非确定性。（ ） 9. 在CAN 总线中，发出报文的节点称为报文发送器，如果总线不处于空 闲状态，一个不是报文发送器的接点称为接收器。（ ） 10. Powerlink 工作模式分为开放模式、局部模式和基本以太网模式。 （ ） 二 选择题： （每题2分共10分） 1. 在常用的传输介质中，（ ）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。 A ．双绞线 B ．同轴电缆 C ．光纤 D ．微波 2. 工业控制自动化主要包括三个层次，下列哪个不是（ ） A ．基础自动化 B.应用自动化 C ．管理自动化 D.过程自动化 3. 西门子公司的提供了众多的网络服务，下列那种不是（ ） A ．标准通信 B.PP/OG 通信 C ．S7通信 D.S5兼容通信 4. 现场总线PROFIBUS 决定数据通信的是（ ）。 A ．智能从站 B ．DP 从站 C ．主站 D ．中继器 5. 以下几种通讯协议不属于以太网范畴的是（ ） A. PROFINET B. Modbus/TCP C. EhterNet/IP D. ProFibus 三.填空题： （每题1分共20分） 1. 自动控制从非智能、低智能到高智能的发展阶段经历 了： 、 、 和 四个阶段。 2. FF 总线由 和 两部分组成。 3. 计算机网络按作用范围（距离）可分为________、________和________； 4. S7-300 PLC 的程序可采用三种语言编程，包括 、 、 三种语言编程，系统功能块通常采用功能图编程。 5. 通信方式按照信息的传输方向分为 、 和 等三种方式。 6. CAN 的报文帧有以下四种类型： 、 、 和 。 7. 光纤分为 和多模两种类型，其传输原理都是基于光的 。 四.简答题： （每题6分共30分） 1. 现场总线定义及技术特点 2. 工业以太网定义 3. 什么是本质安全？ 4. Profibus 由那三个子集组成，其技术特点各有哪些？ 5. ISO/OSI 参考模型为哪7层？ 五.应用题： （共10分） 某企业想要建设工业以太网，如果利用S7通信方式，请选择相应的软硬件为其进行硬件组态。选择的硬件包括： （1）CPU 两个、（2）CP 343-1两个、（3）PC （带网卡）；软件为STEP 7。 请简述组态步骤。
各种工业以太网的区别其实就是协议的区别，其中最主要的还是应用层协议的区别。 都是以太网通讯，只是每个公司的叫法不一样，西门子用PROFINET、AB用Ethernet IP、施耐德的MODBUS TCP/IP。 取个例子，以太网就像高速公路，Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP分别像高速公路上的宝马、奔驰、奥迪车，都可以从一个城市把物品运送到另一城市。但是每个车上安装的零件无法和另一车上的零件进行更换。 EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。 Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP 协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发 Ethernt/IP属于ODVA组织，Rockwell只是其中一个推广力度比较大的公司而已。施耐德也是ODVA组织的成员，施耐德所有PLC都可以支持Ethernt/IP协议。Ethernt/IP协议是十大总线之一，和Controlnet、Devicenet一起称为CIP总线。可以实现协议间路由，但是需要Rslinx 软件进行配置。通讯时需要设置RPI参数，没有任何客户端的反馈信息，因此不管现场客户端是否收到数据，数据一致由服务器不断的发，缺少相应的检测。 PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。 PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。 MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品。显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS 报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O 模块的网关服务的。 MODBUS/TCP协议是作为一种（实际的）自动化标准发行的。既然MODBUS已经广为人知，该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。然而，本规范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值，哪些部分是MODBUS作为可编程的协议交替用于PLC’s的“多余部分”。 它通过将配套报文类型“一致性等级”，区别那些普遍适用的和可选的，特别是那些适用于特殊设备如PLC’s的报文。 Modbus TCP/IP由Modbus IDA组织提出，有施耐德旗下的Modicon公司主推，在目前施耐德所有PLC产品中都支持，同时也支持Ethernet/IP协议，Modbus TCP/IP是免费的、全开放协议，可以用VB等高级编程语言调用winsock控件即可实现与PLC的数据通讯，因此，很
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
工业以太网与CAN现场总线的比较 方健 摘要：工业以太网和现场总线是工业控制现场中的两大主要网络通信形式。本文分别简要介绍了工业以太网和CAN总线的内容，并对两者在优缺点、通信协议、在工业信息化网络的应用和通信方案进行了分析和比较。 关键词：CAN现场总线；工业以太网；通信协议；工业控制；通信方案 A comparison between industrial Ethernet and CAN bus Fang Jian (Hubei Normal University school of mechanical electrical and control engineering Hubei, Huangshi,453002) Abstract:Both industrial ethernet and fieldbus are the two primary forms of network communication in the field of industrial control.In this paper ,the content of industrial ethernet and fieldbus are both briefly introduced.And It presents the analysis and comparison between the industrial Ethernet and the fieldbus on relative merits, communication protocol , Industrial information network and communication scheme. Key words:CAN bus;industrial ethernet; communication protocol;industrial control 1、引言 现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。由于其表现出的强大的功能，现场总线已经成为工业生产中不可或缺的核心部分。发展比较成熟的现场总线有FF-Foundation Fieldbus，Lonworks，PROFIBUS，HART，CAN 等等。CAN（Controller Area Net）即控制器局部网依靠各自的优良特性和可靠性，被公认为最有前途的现场总线之一，应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。由于各个总线的采用的通信协议完全不同，实现这些总线的兼容和互操作是十分困难的，应用受到了限制，主要应用于低速产品。而具有广泛性和技术先进性的以太网，可以作为现场总线的中高层通信网络，并开始逐步应用到工业控制现场。国内外的许多研究机构都致力于工业以太网的研究，使得工业以太网得到了快速的发展和很好的应用。 2、CAN总线和工业以太网 2.1、CAN总线的简介 CAN（Controller Area Network）－控制器局域网。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线最早是由德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆、光导纤维，通信速率可达１Mbps[1]。 CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层，数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充，数据块编码，循环冗余校验，优先级判别等项工作。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
工业以太网基础及应用
模块三 PROFINET技术 任务一 PROFINET 技术概述 【学习目标】 1、认识PROFINET网络技术。 2、了解PROFINET网络实现实时与等式实时的技术原理。 【相关知识】 PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。 PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。 作为一个开发的通讯系统，PROFINET基于国际标准（IEEE 802.3，802.3u标准），并且满足特殊的网络部件的工业要求。未来借助于PROFINET,以太网将能够完成来自运动控制系统，以及网络上现场设备的硬实时要求。 交换机制 PROFINET 使用交换以太网作为访问方式。它由点对点的连接组成。全部设备都通过点对点连接直接连接其它设备（只连接一个设备）。交换机允许在两个方向（发送和接收）
同时进行通信。因此，可以提供200 Mbps 的网络性能，相当于快速以太网带宽(100 Mbps) 的2 倍。通过强制要求PROFINET 采用交换技术，PROFINET 实现了无冲突数据传输。 SIMATIC 交换机利用两种机制满足PROFINET 的实时性要求：“直通”和“存储转发”。这些交换机制的优点：无需要帧的节点或网络区域不需处理与它们无关的数据。其带来的空闲网络性能可供其它设备使用。与传统解决方案不同的是，该解决方案利用交换机制实现了不同网段内部的并行通信，并因而提高了有效带宽。 基于PROFINET的实时通信 实时通信 实时通信用于将分布式I/O站点连接到控制器，从而利用总线传递传感器和执行器的信号状态。 PROFINET提供两种等级的实时通讯。 RT，实时 实时(RT) 通过划分通讯合作伙伴通讯堆栈的优先级并优化传输对时间要求严格的过程数据，以允许使用标准网络组件的高性能数据传输，典型的更新循环时间为1 ms 至 10 ms。 实时意味着系统在定义的某个时间内处理外部事件。确定性意味着系统以可以预测的方式做出响应。对于工业网络，这两方面的要求都非常重要。PROFINET 利用传输特征满足这类要求： 时间关键型数据在确定的时间间隔内传输。为此，PROFINET 为实时通信提供经过优化设计的通信信道。可以准确地预测数据传输的发生时间。这保证了在同一网络中也可利用其它标准协议顺利地进行通信。 IRT，同步实时 同步实时(IRT) 提供同步执行循环，以确保通过始终等距的时间间隔传输信息。IRT 实现同步数据传输，更新循环非常短（从500 微秒到 1 毫秒），抖动非常小。由于通道分为标准通讯和RT 通讯的标准通道以及IRT 通讯的IRT 通道，所以，过程数据不会受到网络上其它流量的影响。 在支持IRT 的PROFINET 中，通信周期按时间顺序分成多个信道。第一个信道用于
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，Intran et/l nternet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；（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；（6）允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。2.3工业以太网的优点（1）基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准，协议开放、完善不同厂商设备，容易互连具有互操作性；（2）可实现远程访问， 远程诊断；（3）不同的传输介质可以灵活组合，如同轴电缆、双绞线、光纤等； （4）网络速度快，可达千兆甚至更快；（5）支持冗余连接配置，数据可达性 强，数据有多条通路抵达目的地；（6 ）系统容易几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障，有成熟可靠 的系统安全体系；（7）可降低投资成本。3主流应用层协议-工业以太网协议由于商用计算机普遍采用的应用层协议不能适应工业过程控制领域现场设备之间的实时通信，所以必须在以太网和TCP/IP协议的基础上，建立完整有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协调好工业现场控制系统中实时与非实时信息的传输，形成被广泛接受的应用层协议，也就是所谓的工业以太网协议。目前已经制定的工业以太网协议有MODBUS/TCP,HSE, EtherNet/IP, ProfiNet等。MODBUS/TCP协议是法国施耐德公司1999年公布的协议，以一种非常简单的方
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。
R S和C A N总线与以太 网比较 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
以太网、CAN总线、RS485总线都属于现场总线范畴，用户根据不同的场合和应用需求而采用不同的现场总线方式，每种总线有不同的标准特性，通过下列描述了解各种总线的特性以及各种总线优缺点。 一、RS485接口标准 ?RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0"以两线 间的电压差为-（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 ?RS-485的数据最高传输速率为10Mbps ?RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声 干扰性好。 ?RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS- 232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。 ?因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使 其成为首选的串行接口。 ?因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏 蔽双绞线传输。 二、CAN总线接口标准 ?国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；
?传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1MHz bps）； ?单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数； ?多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高； ?实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时； ?出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯； ?报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低； ?自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高； ?硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制； ?通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等； ?CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。 三、工业以太网的优势及存在问题 基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式的网络，由其组成的系统兼容性和互操作性好，资源共享能力强，可以很容易的实现将控制现场的数据与信息系统上的资源共享；数据的传输距离长、传输速率高；易与Internet连接，低成本、易组网，与计算机、服务器的接口十分方便，受到了广泛的技术支持。 以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)，无法保证数据传输的实时性要求,是一种非确定性的网络系统；安全可靠性问题,以太网采用超时重发机制,单点的故障容易扩散，造成整个网络系统的瘫痪；对工业环境的适应能力问题，目前工业以太网的鲁棒性和抗干扰能力等都是值得关注的问题，很难适应环境恶劣的工业现场；本质安全问题,在存在易燃、易爆、有毒等环境的工业现场必须要采用安全防爆技术；总线供电问题。在环境恶劣危险场合，总线供电具有十分重要的意义。
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
工业以太网和工业实时以太网的安装,调试和诊断技术（一） 1 前言 自从20世纪70年代中期，美国XEROX公司提出了以太网这个新概念，首次提出采用一种传输媒介将Xerox打印机与数个计算机相连进行通讯的构思，即带有冲突检测的载波侦听多路存取（CSMA/CD）的方法以后，短短的三十多年以来，随着科技的不断发展，这一设想在实践中得到了不断的改进，从而形成一致而又强大的局域网技术。IT的工程师们从实际应用出发采取了各种措施改进以太网的技术，今天，作为物理层基础的以太网与最广泛的，标准化的通信协议的TCP/IP的有机结合，成为了现代通信技术最成熟的使用方法。 图1 Robert M. Metcalfe博士著名的草图 以太网技术在办公领域的广泛应用使得从事自动控制技术研究的人们自然而然想到是否也能将日益发展、日益标准化的以太网技术应用到工业的领域之中来。因此，近几年来，在国内的自动控制领域中产生了一个非常热门的话题，即现场总线技术与以太网技术之争，尽管现场总线技术近十多年来在工业控制领域得到了迅速发展，并且在工业自动化系统中得到了广泛的应用。然而随着IT 技术的不断革新，通讯网络技术的不断完善，使得当前从事自动化技术的专业人员面临着一个问题：是否刚刚进入中国的现场总线将被以太网技术所代替？是否Ethernet就是现场总线的未来呢？目前为止，我们对于这个问题还不能给予一个简单的回答，但是专家们公认：自动化技术中通信方式一直在发展变化，并逐渐趋向开放和透明的系统解决方案。信息的连续性正在变得越来越重要。这时候引入以太网和互联网技术将会使目前所谓集中型自动化系统真正成为带有分散型智能化的网络控制。以太网虽然不是一种现场总线，是属于局域网技术，主要用于办公管理系统的通讯。但是由于这种通讯方法的广泛应用和技术的完整性，很多研究人员一直在探索如何将以太网技术应用于工业控制系统领域中去，以满足工业控制系统对通讯提出的要求。但是现场工程师们对以太网的了解大多来自他们对传统商业以太网的认识。许多控制系统工程的网络通信的实施往往由IT部门的技术人员来实施。但是，IT工程师们对于以太网的了解，仅仅局限于办公自动化商业以太网的实施经验，不能发挥以太网在工业控制系统中应用的真正的
在工作中，很多新人问我究竟什么是现场总线，什么是工业以太网，对于刚入行的新人来说是比较难理解，我这里尽量采用通俗的讲法给大家解释一下现场总线和工业以太网。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同余计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。 做过PLC的人都知道，如果现场有100个I/0点，我们就需从PLC柜引超过100根的电线到现场，如果是1000个呢？？所以有人就想，能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢？ 不错，现场总线就实现了这种功能。它及大方便了布线。 还有一点，现场总线把原先PLC要实现的功能分散到了现场设备/仪表。 还有一点很重要：现场总线采用的数字传输。数字化是各行各业普遍的趋势。我们的电视现在都数字化了。工业控制也要数字化！！数字传输比较模拟量传输就很大的优势！世界就是这么奇怪，当人类自以为聪明，把问题复杂话的时候惊奇的发现0和1才是世界的本质。哈哈~~ 现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式，它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输，同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点： 1、布线简单 2、开放性 3、实时性 4、可靠性 对于上面几个概念应该都比较好理解，深入的了解，大家可以参考相关资料。 工业以太网，所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。 以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。所以工业以太网就随之产生了。 还有一个问题，很多人常问：为什么有那么多的现场总线协议，那么多的工业以太网协议呢？ 工业网络的发展经历了20多年，由于对未来的自动化控制的战略意义重大，市场潜力巨大，国际上著名的自动化设备制造商都千方百计地研发有自己特色的工业网络，各种现场总线和工业以太网相继产生。为了统一这些标准，形成最终的唯一的世界标准，各方面都进行了长时间努力，但出于各自的利益，最终以失败告终，妥协形成了了多个标准: 现场总线的标准不断完善和更新，先后发表了3个版本，目前正在制定第4个版本。 IEC61158 ，1984年IEC提出现场总线国际标准草案，1993年才通过了物理层的标准，数据连路层的标准几经反复，修改的IEC61158国际标准才于1999年12月投票通过，形成2000年版本的IEC61158标准，共8中类型的现场总线： 类型1：原IEC61158技术报告即FF H1 2：ControlNet