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；
工业以太网专业术语 一、拓扑结构 拓扑是网络中电缆的布置。众所周知，EIA-485或CAN 采用总线型拓扑。但在工业以太网中，由于普遍使用集线器或交换机，拓扑结构为星型或分散星型。 二、接线 工业以太网专题">工业以太网使用的电缆有屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）、多模或单模光缆。10Mbps 的速率对双绞线没有过高的要求，而在100Mbps 速率下，推荐使用五类或超五类线。 光纤链接时需要一对，常用的多模光纤波长为62.5/125μm 或50/125μm。与多模光纤的内芯相比，单模光纤的内芯很细，只有10μm 左右。通常，10Mbps 使用多模光纤，100Mbps下，单模、多模光纤都适用。 三、接头和连接 双绞线接头中RJ-45 较常见，共两对线，一对用于发送，另一对用于接收。在媒介相关接口（MDI）的定义中，这四个信号分别标识为RD+，RD-，TD+，TD-。 一条通信链路由DTE（数据终端设备，如工作站）和DCE（数据通讯设备，如中继器或交换机）组成。集线器端口标识为MDI-X 端口表明DTE 和DCE 可以使用直通电缆相连。假如是两个DTE或两个DCE相连？可以采用电缆交叉的方法或直接利用集线器提供的上连端口（电缆不要交叉）。 光纤接头有两种，ST 接头用于10Mbps 或100Mbps；SC接头专用于100Mbps。单模纤通常使用SC接头。DTE 与DCE 之间的连接只需依照端口的TX、RX 标识即可。 四、工业以太网与普通商用以太网产品 什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3 兼容，但设计和包装兼顾工业和商业应用的要求。工业现场的设计者希望采用市场上可以找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑工业现场的特殊要求。首先考虑的是高温、潮湿、震动。第二看是否能方便地安装在工业现场控制柜内。第三是电源要求。许多控制柜内提供的电源都是低压交流或直流。墙装式电源装置有时不能适应。电磁兼容性（EMC）的要求随工业环境对EMI（工业抗干扰）和ESD （工业抗震）要求的不同而变化。现场的安全标准与办公室的完全不同。有时需要的是恶劣环境的额定值。工厂里采用的可能是工业控制柜标准而楼宇系统采用的往往是烟雾标准。显然低价的商用以太网集线器和交换机无法达到这些要求。 五、速度和距离 讨论共享型以太网的距离，不能忽略碰撞域（Collision Domain）的概念。 共享型以太网或半双工以太网的媒体访问是由载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）确定的。在半双工的通讯方式下，发送和接收不能同时进行，否则数据会发生碰撞。站点发送前，首先要看是否有空闲的信道。发送时，站点还会在一段时间内收听，确保在这一时间内没有其它站点在进行同步传送，最终本站发送成功。反之，发生碰撞，
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
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
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
S3000工业以太网络交换机 用户手册 上海宽域工业网络设备有限公司Shanghai Kuanyu Industrial Network Equipment Co.,Ltd.
目录 第1章概述 (1) 第2章满足标准 (2) 第3章选型指南 (3) 第4章技术指标参数 (4) 4.1 系统参数 (4) 4.2 通信接口参数 (4) 4.3 管理端口参数 (4) 4.4 电源参数 (5) 4.5 机械参数 (5) 4.6 环境条件参数 (5) 4.7 无故障率参数 (5) 第5章功能介绍 (6) 第6章结构尺寸 (8) 6.1 安装尺寸 (8) 6.2 通信接口 (9) 6.3 电源及告警端子 (10) 6.4 指示灯 (12)
第1章概述 APEX S3000系列交换机是上海宽域工业网络设备有限公司自主研发的工业以太网通信产品，适用于工业现场各种工作环境，能满足高低温、过电压、漏电及高压冲击等各种要求，并对严酷的电磁环境中的数据口防雷、快速脉冲群、浪涌、静电等方面作了可靠性设计，支持全双工、半双工工作模式，具有工作速率自检测和自适应能力，支持MDI/MDI-X自动极性反转。 APEX S3000系列以太网交换机适用于变电站综合自动化系统、电厂监控系统、工业控制系统等。可提供千兆以太网接口，提供更高的数据传输速率，满足日益发展的设备通信需求。 APEX S3000系列交换机采用高性能的交换芯片和优秀的工业设计，可在所有端口满负载运行下保持线速转发，产品的设计制造充分考虑了工业应用环境中的各种恶劣条件和干扰因素，可保证数据在严苛环境 下可靠传输。
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。
. Stratix TM 工业以太网交换机产品选型手册
Stratix TM工业以太网交换机产品 以太网在车间层和在整个企业内的部署，以及制造商日益增加的业务压力，导致了网络和技术通过以太网进行了融合。这就造成了IT及制造业控制部门在组织结构上和文化上的融合。 Stratix TM系列工业以太网基础架构产品是专为帮助您推进网络融合而设计的。提供了坚固、易用、安全的交换基础设施，符合工业规范，适用于恶劣环境。该系列产品提供一系列的工具方便工业网络的部署、管理和更换。安全性是该系列产品的重点之一。该系列产品通过一系列措施，确保开放标准的基础上的网络安全。Stratix 8000系列产品具有罗克韦尔自动化和Cisco联合品牌的模块化管理型交换机的特性，它为IT和自动化控制专业人员带来了新价值。该系列的其他产品线还包括：Stratix嵌入式技术，以及一系列固定端口的管理型和非管理型交换机及物理介质。整个系列产品使用标准的、未修改的以太网并且在EtherNet/IP应用和集成架构中得以优化使用，另外Stratix 8000产品线中特别使用了Cisco操作系统、用户环境及功能集。Stratix 8300是工业级模块化三层交换机，可以在不同子网间和VLAN间进行路由。 Stratix TM系列产品可以广泛用于流程工业自动化，工厂自动化，地铁、隧道、高速公路、铁路和机场，电力，水、污水等基础设施，智能交通运输系统(ITS)，SCADA 系统等。 使用Cisco技术的Stratix 8000联合品牌模块化管理型交换机 Cisco和罗克韦尔自动化在联合品牌的工业管理型交换机上进行了合作，Stratix 8000是两家公司联合推出的首款交换机。包括一个对IT和制造环境的优化功能集。交换机产品线使用当前Cisco Catalyst TM交换机的操作系统、功能和用户界面，从而使IT专业人员能使用思科设备管理器Web界面，以及思科网络助理和CiscoWorks 等支持工具，简化了工业网络的部署、管理和更换。同时，它通过罗克韦尔自动化集成架构可以进行简单的设置并获取全面的诊断信息。 用户能够从RSLogix 5000中的CIP标签和组态画面以及FactoryTalk View诊断面板中受益。这些产品是模块化的并且符合工业等级，可具有6-26个电口和光口，满足各种应用需求。 1
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。
《 》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。
一. Quantum 简介 施耐德电气公司不仅是公认得可编程逻辑控制器（PLC）的发明者，同时也是PLC热备系统技术的发明者和多项工业自动化技术专利的拥有者。在1969年，Modicon公司推出了世界上第一台实用的可编程逻辑控制器－084控制器，应用在美国通用汽车公司的喷漆生产线上，从而开创了工业自动化领域中PLC应用的崭新的时代。在随后的30多年的时间里，Modicon 公司作为工业自动化领域里面领先的专业厂商，不断地推动和领导着自动化技术的发展方向和潮流，致力于为全球的用户提供最先进和最可靠的产品以及完整的系统解决方案。 1980年Modicon公司推出了完全开放的Modbus通讯协议，Modbus 协议得到了世界上上千家设备厂商的支持，使得Modbus协议成为当今自动化领域里面事实的通讯标准。1984年Modicon公司推出了世界上第一台可以热备的PLC－584控制器，因此Modicon公司在热备系统技术上有着超过15年的先进的技术和经验。 Quantum通用自动化系统是施耐德自动化公司于1996年向全球推出，并且经过不断的完善和发展的工业自动化领域里面最新型最先进的的新一代的自动化系统平台。 图1：Quantum自动化平台
Quantum通用自动化系统是专门面向过程控制而设计的通用的自动化系统平台,适用于冶金，电力，化工，建材等各行各业的工业控制和自动化领域中,具有强大的对离散量、模拟量及过程回路控制方面的处理能力。Quantum继承和发展了施耐德自动化（Modicon）产品一贯的特点和优点，并且融入了当今最新的IT技术和网络技术，具有结构灵活、功能强劲、使用简便、性价比高、集成度高、兼容性好,广泛的开放性等众多特点。 Quantum系统具有整个工业自动化领域里面最先进最可靠的热备系统功能，以满足用户对系统热备功能的要求，为用户提供最高可靠性的产品和系统方案。Quantum的热备系统继承和发扬了施耐德电气公司在PLC技术和热备技术上的领先的优势，使之成为工业自动化领域里用户的热备系统方案的最佳选择。 Quantum系统已在国内外诸多行业中得到了非常广泛和成熟的应用，并在工业现场经过了长期、稳定运行，受到了广大用户的信任和称赞。Quantum系统所有的部件的设计都符合得真正的工业等级的要求，满足并通过了国内、国际的多种行业安全标准和认证。 Quantum系统具有配置简单、接线方便、易于维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀强，适应极其恶劣的工业环境。并且Quantum所有部件均可带电热插拔，并且平均无故障时间均大于200000小时。 图2：Quantum带电热插拔
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
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