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一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线是通信网络位于生产控制现场和网络结构的底层 现场总线是低带宽的控制网络它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线对控制系统带来的革命 基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集散控制系统DCS、PLC基于现场总线的分散控制系统各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数与一般通信技术的区别一般通信技术只是能实现信息的传输现场总线是一种控制系统框架一种全新的控制系统结构，即：现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互访与互换总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总控制系统FCS采用开放式数字通信网络突破传统DCS中的专用通信网络结构网络集成的测量控制系统单个分散的测量控制设备变成网络节点现场总线为纽带构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享返回本章首页2.1 FCS的结构特点Multi-Controllers AOPIDAIPIDAOAI DCS FCS2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信多分支结构系统的开放性互可操作性和互用性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的高度适应性全数字通信抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高信号的检错、纠错机制得以实现可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。
profinet应用案例Profinet是一种现代化的工业以太网通信技术，广泛用于工业自动化领域。
它具有高速、可靠、灵活等特点，被广泛应用于许多不同的工业场景和设备中。
以下是几个Profinet应用案例及相关参考内容：1. 工业机器人：Profinet在工业机器人中的应用非常广泛。
通过使用Profinet，机器人可以与其他设备和系统进行高速和可靠的通信，实现实时数据传输和控制。
这种通信能力使得工业机器人能够与其他设备进行协同工作，提高生产效率和灵活性。
相关参考内容：以下是一些可以参考的相关内容- Profinet for Robotics Applications by Prof. Dr.-Ing. DetlefZühlke- Industrial Robots and Profinet: How to Integrate Robots into Profinet Networks by Matthias Popp- Profinet-based Communication for Robotics Control by Mario Wangler and Harald Branz2. 自动化生产线：Profinet在自动化生产线中的应用非常重要。
它可以实现各种不同设备之间的高速通信和数据交换，实现生产线上的协同工作和调度。
Profinet还可以与上层信息系统连接，实现生产数据的收集和分析，提供对生产过程的实时监控和控制。
相关参考内容：- Communication in Automation: Profinet by Prof. Dr. ChristophMüller- Practical Applications of Profinet in Automation Environment by Dr.-Ing. Gunther Kossek- Profinet Integration in Assembly Lines by Frank Hoffmann3. 过程控制系统：Profinet也被广泛应用于过程控制系统中。
工业以太网在地铁车辆中的应用
钟碧羿
【期刊名称】《电力机车与城轨车辆》
【年(卷),期】2017(40)4
【摘要】文章通过介绍工业以太网在地铁车辆控制诊断领域的应用情况,分析了其高传输速率和大带宽带来的好处,展望了工业以太网在地铁车辆的广阔应用前景。
【总页数】3页(P88-90)
【作者】钟碧羿
【作者单位】长沙市轨道交通运营有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U270.382
【相关文献】
1.工业以太网在地铁自动化信息系统中的应用
2.工业以太网在轨道车辆网络系统中的应用探讨
3.渐入佳境的工业以太网——工业以太网在汽车焊接车间自动诊断及群控系统中的应用
4.渐入佳境的工业以太网--工业以太网在汽车焊接车间自动诊断及群控系统中的应用
5.工业以太网在城轨车辆中的应用研究
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Network World •网络天地Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 11【关键词】工业 以太网技术 冗余工业以太网它的成本低，效率高，方便安装且功耗较低吸引了越来越多的厂商。
控制系统和自动化系统通常使用的该技术来完成任务。
核电力的实际应用在许多领域，电力和运输是一个复杂的工业，控制环境变化使用户对以太网的可靠性的要求也越来越高。
为了保证整个通信系统的网络系统不受干扰通信系统的影响，或产生其他通信或通信系统瘫痪的问题，以太网冗余技术被广泛采用来提高容错率。
1 工业以太网技术以太网具有通信速率高、兼容性好、互联扩展性好、功耗低、安装方便等优点。
所谓的工业以太网是什么？其实就是在工业上广泛应用的一种技术，与其他以太网的技术都是类似的。
因此，工业以太网技术继承了以太网技术的优势，与传统的现场总线相比较具有很多优点。
主要的有点体现在下面几个方面：（1）以太网在计算机网络技术中的应用中最为广泛，它得到了广泛的技术支持。
以太网最典型的应用形式是以太网+TCP/IP+Web 。
常用的编程语言，如Java 、VisualC++和Visual Basic ，都支持以太网的应用开发，这些编程语言特别受欢迎，软件开发人员都喜欢应用这些编程语言，开发前景一片良好。
工业控制领域采用以太网通信，可以选择更多的开发工具，开发环境。
（2）由于商用以太网的广泛应用，主要的通信设备开发商和制造商致力于以太网交换机的开发和生产，这使得工业以太网交换机更便宜。
因为他应用的广泛，硬件价格很低，现在以太网网卡它的价格在现场总线价格的十分之一左右，而且随着集成电路技术的快速发展，其价格还会更低。
（3）目前，该技术比较成熟，广泛使用的以太网通信速率为10M 、100M 和1000M 。
这比任何当前的现场总线都快。
因此，以太网能够满足工业控制对带宽不断增长的要求。
工业互联网的关键技术和应用案例工业互联网是未来工业发展的重要趋势，具有良好的发展前景和广泛的应用场景。
在实现工业互联网的过程中，关键技术和应用案例是至关重要的。
本文将重点介绍一些工业互联网的关键技术和应用案例，以期读者对工业互联网的发展有更为深入的了解和认识。
一、工业互联网的关键技术1.传感器技术工业互联网需要大量的传感器技术来实现对设备和工艺过程的监测和控制。
传感器技术包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等，通过传感器获取的数据可以用于实时监测和预测工艺过程的变化。
2.数据通信技术工业互联网需要可靠和高效的数据通信技术，以保证设备之间的信息交换。
目前，一些企业采用了工业以太网、Wi-Fi和蓝牙等技术，以解决数据传输的问题。
3.物联网平台技术物联网平台是实现工业互联网的基础，可以通过该平台实现设备间的联通和数据共享。
物联网平台可以帮助企业监测和管理设备、制定决策和优化生产过程。
4.大数据技术大数据技术可以处理海量的数据，包括实时数据和历史数据，在工业互联网实现的过程中，大数据技术可以用于数据分析和处理，帮助企业根据数据预测未来的工艺过程和做出相应的决策。
二、工业互联网的应用案例1.智能制造智能制造是工业互联网的重要应用领域，通过工业互联网可以实现设备之间的联通和数据共享，从而实现智能化的生产流程。
例如，一些工厂采用了智能化生产线和机器人自动化技术，以提高生产效率和降低成本。
2.物流和供应链管理工业互联网可以用于物流和供应链管理，包括物流信息跟踪、物流配送和物流设备管理等方面。
通过物联网平台和大数据技术，企业可以实现对物流过程的实时监测和优化，从而提高物流效率和降低物流成本。
3.智能城市智能城市是另一个重要的工业互联网应用领域，可以利用物联网、大数据和人工智能等技术实现城市的智能化管理。
例如，一些城市采用了智能交通管理系统和智能能源管理系统等技术，以提高城市的交通和能源效率。
4.智能家居智能家居是工业互联网的另一个应用领域，通过智能家居设备之间的联通和数据共享，可以实现家居设备的智能化管理和控制。
工业通信技术：分享工业通信技术的原理、协议和应用工业通信技术是现代工业系统中至关重要的一部分。
它用于在工业设备、控制系统和计算机之间进行数据传输和通信。
在工业环境中，稳定、高效和可靠的通信对于实现自动化和优化生产过程至关重要。
本文将介绍工业通信技术的基本原理、常用协议以及在实际应用中的一些场景和案例。
工业通信技术的基本原理工业通信技术的基本原理包括数据传输、通信协议和网络拓扑等方面。
数据传输数据传输是工业通信技术的核心。
在工业环境中，数据可以通过有线或无线方式传输。
常见的有线传输方式包括以太网（Ethernet）、串行通信（Serial Communication）和现场总线（Fieldbus）。
无线传输方式包括无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）和蓝牙（Bluetooth）等。
在工业环境中，数据传输速度、可靠性和稳定性是至关重要的。
因此，通常采用高速、抗干扰能力强的有线传输方式，同时结合无线传输方式提供灵活性和可移动性。
通信协议通信协议是工业通信技术中的重要组成部分，它规定了数据在通信过程中的格式、编码方式和传输规则。
常见的工业通信协议包括Modbus、PROFINET、以太网/IP（Ethernet/IP）、DeviceNet和CAN（Controller Area Network）等。
这些协议根据不同的应用场景和需求，提供了不同的数据传输速率、通信方式和可靠性。
例如，Modbus是一种串行通信协议，用于在工业设备之间传输数据。
它简单、易于实现和部署，广泛应用于工业控制系统中。
另外，PROFINET是一种以太网协议，用于高速、实时的工业通信。
它支持多种通信方式，可以与现有的以太网设备集成。
网络拓扑网络拓扑指的是工业通信网络中设备之间的连接方式和结构。
常见的网络拓扑包括总线型、星型、环形和树状等。
总线型拓扑是一种常见的工业通信网络结构，其中所有设备都连接到一个共享的总线上。
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：某节点要发送报文时，必须先监听网络，如果网络繁忙则坚持监听网络，一旦网络空闲就发送数据;在发送数据过程中继续监听，如果检测到冲突则立即停比发送并发出一个强化冲突的干扰信号，通知所有节点此时的网络己经发生冲突，此时冲突各方卞动退避随机等待一段时间后再重新监听网络，该随机时间由BEB(Binary Exponential Back-off)算法确定。 传统商用以太网主要缺陷及解决方案 由于Ethernet是以办公自动化为目标设计的，并不完全符合工业环境的要求，将传统的Ethernet用于工业领域还存在明显的缺陷。但由于其技术简单、完全公开，通过不断改进、提升，市场占有率越来越大，而成本越来越低，进而变成主流。据VDC(Venrure Development Crop)调查报告，如今己有约95%的网络节点具有Ethernet接口。随着IT技术的快速发展，Ethernet引进了许多新技术和新标准，不仅提高了Ethernet实时能力，还进一步增强了柔性和可靠性，使Ethernet应用于工业现场设备之间的通信成为可能。 交换机是数据链路层的多端口网桥，也可以说是一种智能HUB它能够读取正在传送的数据的目的地址并把它转发到相应的端口，在源端和交换设备的目标端之间提供一个直接快速的点到点连接。从交换机流入的数据包直接从和它相连的目的站接口流出。在普通交换设备中，一个节点传送的数据都要被广播到其他的各个节点，采用了交换技术之后，发送的数据通过交换机就直接送到了希望接收的目的地址，这就使得多个数据可以同时发送。交换机主要用来把网络分成不同的冲突域，同时对网络进行扩展。这种网络的性能主要由传输和接收的元件性能决定。通过网段的微化增加了每个网段的吞吐量和带宽，为每个节点提供了独占的点到点链路。这样，在体系结构上和简单的点到点的连接完全一样，每个设备都有一个专用的单独信道连接到另一个设备，因此不需要竞争底层传输信道。 交换式Ethernet克服了传统Ethernet的缺点，大大提高了网络性能，使原来的共享式带宽变成了独占式带宽.较好地解决了带宽问题。对于普通共享式Ethernet，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(如100Mb/s)的N分之一；而使用交换机之后，虽然数据传输速率仍为100Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此整个局域网的可用带宽相当于N*100Mb/s。 使用交换机，还可以对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段节点之间数据的传输只限在本地网段进行，而不需要经过主干网，也就不会占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。而全双工通信又使得端口间两对传输线路（双绞线或光纤等）上分别同时接收和发送报文帧，而不发生冲突，因此也不再受到CSMA/CD的约束。全双工交换式Ethernet已经成为一个确定性网络，不会因冲突而引起通信非确定性，Ethernet的通信实时性得到了保障。 工业可靠性 由于传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性以及可维护性。 随着技术的发展，Ethernet的网络传输线已从昂贵且难以安装的同轴电缆变化到廉价的非屏蔽双绞线，它的抗干扰能力可与4~20mA模拟传输线路相当，如果需要更强大的抗干扰能力可以采用屏蔽双绞线或光纤网络。为了提高工业以太网的工业可靠性，在进行系统设计时，可通过可靠性设计提高现场设备的可靠性；采用环形冗余结构Ethernet以提高系统的可恢复性；采用智能设备管理系统，对现场设备进行在线监视和诊断、维护管理。 安全性 在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒气体等，对应用于这些工业现场的智能装置以及通信设备，都必须采取一定的防爆技术措施来保证工业现场的安全生产。以太网系统的本质安全包括几个方面，即工业现场Ethernet交换机、传输介质以及基于Ethernet的变送器和执行机构等现场设备。由于目前以太网收发器本身的功耗都比较大，一般都在60~70mA的这种缺陷已经得到解决，因此过去低功耗的Ethernet现场设备设计难以实现的要求和目标已经完全可以满足。 在目前技术条件下，对于没有严格的本安要求的非危险场合，对以太网系统可以采用隔爆防爆的措施，即通过对Ethernet现场设备采取增安、气密、浇封等隔爆措施，使现场设备本身的故障产生的点火能量不会外泄，以保证系统运行的安全性。对于有严格的本安要求的危险场合，则可以直接采用本安型的工业以太网设备等防爆措施。 工业系统的网络安全是工业以太网应用必须考虑的另一个安全性问题。工业以太网可以将企业传统的3层网络系统，即信息管理层、过程监控层、现场设备层，合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并可与Internet无缝集成，实现数据的共享，提高工厂的运作效率，但同时也引入了一系列的网络安全问题，工业网络可能会受到包括病毒感染、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。一般情况下，可以采用网关或防火墙等对工业网络与外部网络进行隔离，还可以通过权限控制、数据加密等多种安全机制加强网络的安全管理。 另外，最新推出的IEEE802.3af标准中，对Ethernet的总线供电规也进行了定义。Ethernet在工业应用过程中的各种问题已经得到根本性的解决。 工业以太网的优势 Ethernet由于其应用的广泛性和技术的先进性，不仅在民用商业领域形成了垄断性优势，在工业应用中也具有传统现场总线所无法比拟的优越性。 带宽高 随着现场设备功能逐级增强，工业网络中传输的数据量将会成倍增加，加之现在有了现场设备要置Web Server以网页形式与外界沟通信息的需求，工业网络对带宽的要求越来越高。而传统的现场总线一般的传输速率仅为1~2Mb/s尽管有些总线可以得到更高的通信速率，如Contro1Net的传输速率为5Mb/s，PROFIBUS-DP可高达12Mb/s，但成本价格昂贵。 作为一种低成本网络技术，Ethernet目前的速率为10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10000Mb/s的快速以太网也已开始大量广泛应用，其通信速率比传统的现场总线快得多，完全可以满足工业网络不断增长的带宽要求。 应用广泛 Ethernet是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持。以工业以太网为主要研究对象的众多国际组织，如IEA (Industrial Ethernet Alliance)、IANOA (Industrial Automa-tion Network Alliance)等纷纷成立。几个主要现场总线组织(如FF、PROFIBUS、DcviccNct、Con-trolNET和LonWorks等)也在开发基于Ethcr-net的现场总线协议，更有一些公司己在开发具有Ethernet接口的仪表。几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发，如果采用Ethernet作为现场总线，可以保证有多种开发工具、开发环境供选择。 以太网与其他技术的对比 以太网技术能成为全球主流的通讯总线技术，是因为其优秀的开放性和灵活性，以及针对高可靠性需求方面的持续发展创新造成的。以太网技术与传统的SDH技术以及CAN、串口等其他的各种现场总线的特点对比如下。 表格 1 以太网与其他技术对比 序号 项目 SDH技术 以太网技术 其他总线技术
1 实时性 实时性较好
单级设备引入的延迟2us 由于传输速率只有几
百Kbps，实时性差
2 传输带宽
64K，2M，622M，1.25G 需要多级复用 10M，100M，1G，10G甚至100G，无需复用 带宽很低，一般为几百
Kbps
3 时钟同步性能 同步时分复用，同步精度较高 IEEE1588及同步以太网技术同步精度可达
100ns甚至10ns以下
大部分不支持时钟同步；最好的IRIG-B传输，同步精度也在10ms左右
4 承载业务 语音业务为主 视频、语音、测量控制多种业务 测量、控制等小业务量
5 兼容性 兼容性一般 良好的兼容性 互不兼容
6 冗余性能
单向环，双向环，DXC保护，冗余性能50ms 多种冗余保护拓扑 冗余性能50ms 总线型或树型拓扑
无冗余特性
7 效率
时分复用，带宽利用率低 高效传输，网络带宽利用率高 固定带宽，对突发业务
