工业以太网与现场总线的优缺点 整理

《现场总线与工业以太网及其应用技术》读书笔记一、现场总线概述及其应用领域要理解现场总线，需要从它的起源和发展开始。

现场总线技术起源于生产过程控制中的底层，它的主要作用是在工业现场的设备和控制系统之间实现数据的传输和通信。

随着工业自动化水平的不断提高，现场总线技术也在不断地发展和完善。

它的基本特点包括实时性、双向性、数字化以及高度的分散性。

现场总线能够在恶劣的工业环境中提供稳定可靠的通信服务，这是其得到广泛应用的重要原因之一。

现场总线的应用领域十分广泛，在工业自动化的各个领域，都可以看到现场总线的身影。

在制造业中，现场总线被广泛应用于生产设备的监控和控制，包括生产线上的机器人、传感器、执行器等设备的连接和控制。

在石油、化工、电力等流程工业中，现场总线也发挥着重要的作用。

这些行业中的设备通常具有高温、高压、强腐蚀等恶劣环境，而现场总线能够在这样的环境下稳定运行，确保生产过程的顺利进行。

现场总线还在智能建筑、智能交通等领域得到了应用。

随着物联网技术的发展，现场总线技术也在不断地拓展其应用领域。

在智能建筑中，现场总线被用于楼宇设备的监控和控制，提高建筑的智能化水平。

在智能交通系统中，现场总线技术也被用于交通信号的控制和管理，提高交通管理的效率和安全性。

需要强调的是，虽然现场总线技术在许多领域已经得到了广泛的应用，但其发展并未停止。

随着技术的进步和需求的增长，现场总线技术将会继续发展，其应用领域也将继续扩大。

特别是在工业以太网与现场总线的融合过程中，将会产生更多的新技术和新应用，为工业自动化带来更多的可能性。

对现场总线技术的深入了解和应用，对于从事工业自动化工作的人来说是非常重要的。

这本书的相关章节为我们提供了深入的了解和探讨，通过阅读并理解这些内容，可以为我们未来的工作和学习提供重要的帮助。

1. 现场总线定义与特点在阅读《现场总线与工业以太网及其应用技术》我对现场总线的定义和特点有了更深入的了解。

现场总线是一种用于工业过程控制系统中，连接位于现场设备与控制室设备之间的数字通信网络。

工业通信中的工业以太网与现场总线比较工业通信是指在工业环境中实现设备之间信息传递和控制的过程。

随着工业自动化的发展，工业通信技术也得到了广泛应用。

其中，工业以太网和现场总线是两种常见的通信技术。

本文将对工业以太网和现场总线进行比较，探讨其各自的特点和适用场景。

一、工业以太网工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，它采用了以太网的物理层和数据链路层协议，同时也引入了一些工业特定的协议。

与普通的以太网相比，工业以太网在实时性、可靠性和稳定性方面进行了优化。

它支持高速通信和大带宽传输，能够满足现代工业环境中对数据传输速度和质量的要求。

工业以太网适用于需要高速通信和大规模连接的场景，如工业自动化、机器人控制和分布式控制系统。

它可以同时传输多个数据流，并支持实时监控和控制。

由于其基于标准的以太网协议，工业以太网具有较好的兼容性和可扩展性，易于集成和维护。

二、现场总线现场总线是另一种常用的工业通信技术，它是一种分布式控制系统中用于实现设备之间数据传输和通信的协议。

现场总线通常采用串行通信方式，将控制系统中的各种设备连接起来，通过总线传输数据和命令。

现场总线具有以下几个特点：首先，它是一种实时性较好的通信技术，能够满足工业自动化对实时监控和控制的需求；其次，现场总线采用分布式的网络结构，可以减少布线的复杂性和成本；第三，现场总线支持多主控制，可以实现多台设备之间的并行操作；最后，现场总线具有较好的抗干扰能力和可靠性，能够适应恶劣的工业环境。

现场总线适用于需要分布式控制和小范围通信的场景，如工业机械、设备监控和传感器网络。

由于现场总线采用串行通信方式，它的传输速率相对较低，适用于不需要大带宽和高速通信的应用。

三、工业以太网与现场总线的比较工业以太网和现场总线在工业通信中都有自己的优势和适用场景。

下面对它们进行比较：1. 传输速率：工业以太网的传输速率相对较高，可以达到百兆甚至千兆级别，而现场总线的传输速率一般在几十到几百kbps之间。

以太网有什么缺陷？工业以太网又有何优势
以太网三大缺陷
1.确定性
由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD，因此该协议在网络上存在冲突。

对于工业网络来说，如果存在大量的冲突，数据必须多次重传，大大增加了网络间通信的不确定性，降低了系统的控制性能。

2.实时性
在工业控制系统中，事件发生后，系统必须在可以准确预见的时间范围内做出响应。

然而，行业对数据传输的实时性要求非常高，数据更新只需几十毫秒就能完成。

当发生冲突时，以太网的CSMA/CD机制可以尝试16次重新发送数据。

这种冲突解决机制是以时间为代价的，设备断开可能导致重大设备或人身安全事故。

3.可靠性
以太网是为商业设计的，但当应用到工业现场时，面对恶劣的工作条件和严重的线路间干扰，它不可避免地会降低可靠性。

因此，工业网络对可靠性、可恢复性和可维护性提出了很高的要求。

二、工业以太网技术特点
1.交换技术
共享局域网被有效地划分为冲突域。

交换机用于连接各个领域，以减少冲突问题和错误传递。

这可以最大限度地避免冲突，提高系统的确定性。

2.高速以太网
冲突的发生与负载有关。

负载越大，冲突的可能性就越大。

提高以太网的通信速度可以降低网络负载。

3.IEEE1588时间同步机制
IEEE1588定义了一种协议(PTP)，用于精确同步与测量和控制网络中的对象的网络通信、本地计算和分布相关的时钟。

该协议特别适用于基于以太网的技术，精度可以达到微秒级。

随着科技的进步和发展，以太网传输速率的提高和以太网交换技术的发展，传统商用以太网的上述问题在工业以太网中正在得到解决。

现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议，用于实现工业设备之间的数据交换和联网。

本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。

2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议，它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上，实现设备的多对多通信。

2.2 特点•高可靠性：现场总线具有高抗干扰性和冗余技术，能够保证数据的可靠传输。

•简化布线：现场总线使用单根通信线连接多个设备，减少布线工作量。

•实时性强：现场总线能够实现实时数据交换和控制，满足工业自动化的要求。

•易于扩展：现场总线支持设备的插拔，方便系统的扩展和维护。

2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。

常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。

3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议，用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。

3.2 特点•高带宽：工业以太网总线支持高速数据传输，满足对数据通信速度要求较高的应用场景。

•灵活可靠：工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术，能够满足复杂工业环境中的通信需求。

•开放性强：工业以太网总线基于标准以太网协议，具备良好的兼容性和互操作性。

•易于集成：工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。

3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用，特别是在大规模工业控制系统中。

常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。

4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备，形成总线型拓扑结构；而工业以太网总线通常采用交换机连接设备，形成星型或树型拓扑结构。

4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快，可达到千兆位级别，适用于对通信速度要求较高的场景；而现场总线的通信速度较慢，一般在10M或100M的范围内。

微机控制系统及其应用工业以太网相对DCS，FCS的优势及不足学院：电气工程学院班级：XXX姓名：XXX学号：XXXXXXXX工业以太网相对DCS，FCS的优势及不足摘要：本文简单介绍了工业控制网络中DCS、FCS和工业以太网的特点，指出了工业以太网相对前两者的优势所在，并分析了工业以太网现有的几个问题，最后提出了几种解决方案。

关键词：工业以太网，DCS，FCS，工业控制网络，实时性，非确定性Abstract: This paper briefly introduces DCS, FCS and industrial Ethernet in industrial control network, and points out the advantages of industrial Ethernet compared with the two formers, then analyses several problems in industrial Ethernet, finally puts forward several solutions.Key words: industrial Ethernet; DCS; FCS; industrial control network; real-time; uncertainty0 绪论[1-3]在工业自动化领域，工业以太网已经在实际应用中渐成规模之势。

而关于工业以太网和现场总线在未来发展中是彻底替代还是相互融合的争论到今天也没有停止过。

然而，工业以太网能够实现现场总线所无法实现的一些功能已成不争之实。

再加上用户对拥有一个开放式的通信网络的要求日益迫切，以太网依托IT 行业成熟自如的应用经验，已经在工业领域占据越来越重要的位置。

从最初几年的概念性炒作，到如今呈迅猛发展的态势，工业以太网以每年超过50%的增长率渐为越来越多的用户所熟悉并应用。

目前，积极推进这一技术概念的包括基金会现场总线（2000年发布其工业以太网规范FF-HSE）、德国西门子公司（2001年发布其工业以太网规PROFINET）、美国罗克韦尔自动化公司（2000年发布其工业以太网规范EtherNet/IP）和法国施耐德公司（1998年发布其工业以太网规范ModbusTCP/IP）等。

工业通信中的数据传输方式比较工业通信是指用于工业控制系统中的信息传输和交换的技术。

在工业环境中，数据传输方式的选择至关重要，它直接影响到通信系统的可靠性、稳定性以及实时性。

目前工业通信中使用较多的数据传输方式主要包括有线传输和无线传输两种。

下面将对这两种传输方式进行比较，并分析它们各自的优缺点。

一、有线传输有线传输是指通过传统的有线电缆进行信息传输，常见的有线传输方式有以太网、Modbus、Profibus等。

1. 以太网以太网是一种广泛应用于工业通信领域的有线传输方式。

它具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等特点。

以太网通信距离较长，可覆盖较大的工业场景，并且能够实现多点通信。

2. ModbusModbus是一种常见的串行通信协议，它简单易用、成本低廉。

Modbus支持硬件接口多样化，适用于不同类型的设备之间的通信。

但是由于Modbus采用串行通信，其传输速度较慢，通信距离较短。

3. ProfibusProfibus是一种用于现场总线通信的标准协议，它可以实现实时性要求较高的工业自动化系统的通信。

Profibus具有可靠性高、抗干扰能力强的优点，但是其配置和调试较为复杂，成本较高。

有线传输的优点在于传输稳定可靠，抗干扰能力强，适用于工业环境中对数据传输要求高的场景。

但是有线传输也存在一些问题，例如布线复杂、成本较高、限制通信距离等。

二、无线传输无线传输是指采用无线通信技术进行数据传输，常见的无线传输方式有Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。

1. Wi-FiWi-Fi是一种常见的无线局域网技术，它具有传输速度快、覆盖范围广、兼容性强等特点。

Wi-Fi可以实现远距离的数据传输，适用于工业场景中需要移动自由度较高的通信需求。

2. 蓝牙蓝牙是一种短距离无线通信技术，它具有低功耗、成本较低、适用于小范围通信等特点。

蓝牙适用于设备之间的近距离通信，例如传感器与控制器之间的数据传输。

3. ZigbeeZigbee是一种低功耗、短距离无线通信协议，适用于大规模传感器网络的通信。

TCP-IP总线与CAN总线优缺点对⽐⼯业以太⽹和CAN现场总线⽐较1. ⼯业以太⽹的优势及存在问题(1)优势基于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。

(2)存在问题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。

2. CAN现场总线的特点及局限性(1)特点CAN现场总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

主要表现在CAN为多主⽅式⼯作; CAN总线的节点分成不同的优先级;采⽤⾮破坏仲裁技术;报⽂采⽤短帧结构,数据出错率极低;节点在错误严重的情况下可⾃动关闭输出。

(2)局限性CAN现场总线作为⼀种⾯向⼯业底层控制的通信⽹络,其局限性也是显⽽易见的。

⾸先,它不能与Internet互连,不能实现远程信息共享。

其次,它不易与上位控制机直接接⼝,现有的CAN接⼝卡与以太⽹⽹卡相⽐⼤都价格昂贵。

还有, CAN现场总线⽆论是其通信距离还是通信速率都⽆法和以太⽹相⽐。

3. ⼯业以太⽹和CAN现场总线的⽹络协议规范⽐较⼯业以太⽹和CAN现场总线的⽹络协议规范都遵循ISO /OSI参考模型的基本层次结构。

⼯业以太⽹采⽤IEEE802参考模型,相当于OSI 模型的最低两层,即物理层和数据链路层,其中数据链路层包含介质访问控制⼦层(MAC)和逻辑链路控制⼦层(LLC) 。

现场总线与工业以太网现代工业领域的通信技术在不断发展，为了满足工业自动化的需要，现场总线和工业以太网成为了两种主流的通信技术。

本文将从介绍两者的定义、特点、应用领域等方面进行论述，以帮助读者更好地理解现场总线和工业以太网的区别与联系。

一、现场总线的定义现场总线，顾名思义，是指在工业现场中用于连接各种现场设备和传感器的通信技术。

它采用串行通信方式，将各个设备连接到统一的总线上，使得各个设备可以进行数据的交互和通信。

现场总线常见的标准有Profibus、Modbus、CAN等。

二、现场总线的特点1. 高可靠性：现场总线采用多级冗余和容错技术，能够提供稳定可靠的通信环境，抵抗电磁干扰和噪声的干扰。

2. 实时性强：现场总线通信速率快，能够满足对实时性要求较高的工业自动化应用。

3. 灵活性高：现场总线支持多种拓扑结构，可根据现场设备的不同需求进行灵活搭配，具有良好的扩展性和可调整性。

4. 成本相对较低：现场总线技术成熟，设备价格相对较低，适用于中小型工业系统。

三、现场总线的应用领域现场总线广泛应用于工业自动化控制系统、传感器和执行器的连接以及数据采集等领域。

例如，在工厂生产线上，通过现场总线可以实现对各个设备的监控和控制，提高生产效率和质量。

四、工业以太网的定义工业以太网是指将以太网技术应用于工业自动化领域的通信网络。

它基于以太网标准，通过对物理层接口和网络协议的改进，使得以太网能够适应工业环境的要求，提供可靠的通信服务。

五、工业以太网的特点1. 高带宽：工业以太网支持高速数据传输，能够满足工业自动化中对大数据量的实时传输需求。

2. 网络结构灵活：工业以太网具有良好的可扩展性和灵活性，支持各种网络拓扑结构，满足不同工业场景的需求。

3. 兼容性强：工业以太网基于以太网标准，与传统以太网兼容，可以与企业内部的办公以太网进行连接。

4. 安全性高：工业以太网提供各种安全机制和协议，保护工业控制系统的安全和隐私。

六、工业以太网的应用领域工业以太网被广泛应用于诸如工厂自动化、能源管理、交通运输、智能建筑等领域。

以太网应用于控制时存在的问题和工业以太网的优势但是传统的以太网是一种商用网络，要应用到工业掌握中还存在一些问题，主要有以下几个方面。

1、存在实时性差，不确定性的问题传统的以太网采纳了CSMA/CD的介质访问掌握机制，各个节点采纳BEB（Binary Exponential Back-off）算法处理冲突，具有排队延迟不确定的缺陷，每个网络节点要通过竞争来取得信息包的发送权。

通信季节点监听信道，只有发觉信道空闲时，才能发送信息；假如信道劳碌则需要等待。

信息开头发送后，还需要检查是否发生碰撞，信息如发生碰撞，需退出重发，因此无法保证确定的排队延迟和通信响应确定性，不能满意工业过程掌握在实时性上的要求，甚至在通信繁忙时，还存在信息丢失的危急，从而限制了它在工业掌握中的应用。

2、工业牢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，大电机或其他大功率设备产生的影响信道传输特性的强电磁噪声等。

以太网如在车间底层应用，必需要解决牢靠性的问题。

3、以太网不供应电源，必需有额外的供电电缆工业现场掌握网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现场设备传输工作供应电源。

这主要是从线缆铺设和维护便利考虑，同时总线供电还能削减线缆，降低布线成本。

4、以太网不是本质平安系统5、平安性问题以太网由于使用了TCP/IP协议，因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络平安威逼。

没有授权的用户可能进入网络的掌握层或管理层，造成平安漏洞。

对此，一般可采纳用户密码、数据加密、防火墙等多种平安机制加强网络的平安管理，但针对工业自动化掌握网络平安问题的解决方案还需要仔细讨论。

6、现存的掌握网络与新建以太掌握网络的集成问题上述这些问题中，实时性、确定性及牢靠性问题是长期阻碍以太网进入工业掌握领域的主要障碍。

为了解决这一问题，人们提出了工业以太网的解决方法。

7、工业以太网一般来讲，工业以太网是特地为工业应用环境设计的标准以太网。

工业以太网的优点有哪些？以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线、光纤等，其最大优点是简单，经济实用，易为人们所掌握，所以深受广大用户欢迎。

那么，工业以太网具有哪些优势呢？接下来我们就跟随飞畅科技的小编一起来看看吧！与现场总线相比，以太网具有以下几个方面的优点：一、兼容性好，有广泛的技术支持基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络，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，不同厂商的设备很容易互联，能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成。

以太网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。

几乎所有的编程语言都支持以太网的应用开发，如VB、Java、VC等。

采用以太网作为现场总线，可以保证多种开发工具、开发环境供选择。

工业控制网络采用以太网，就可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外，从而使工业控制网络与信息网络技术互相促进，共同发展，并保证技术上的可持续发展。

二、易于与Internet连接以太网支持几乎所有流行的网络协议，能够在任何地方通过Internet对企业进行监控，能便捷地访问远程系统，共享/访问多数据库。

三、成本低廉采用以太网能降低成本，包括技术人员的培训费用、维护费用及初期投资。

由于以太网的应用最为广泛，因此受到硬件开发与生产厂商的广泛支持，具有丰富的软硬件资源，有多种硬件产品供用户选择，硬件价格也相对低廉。

目前以太网网卡的价格只有现场总线的十几分之一，并且随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步下降。

人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验，对其技术也十分熟悉。

大量的软件资源和设计经验可以显着降低系统的开发和培训费用，在技术升级方面无需单独的研究投入，从而可以显着降低系统的整体成本，并大大加快系统的开发和推广速度。

四、可持续发展潜力大由于以太网的广泛应用，使它的发展一直受到广泛的重视和吸引大量的技术投入。

并且，在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，保证了以太网技术的持续发展。

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； （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。

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 busFang Jian(Hubei Normal University school of mechanical electrical and control engineeringHubei, 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 control1、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。