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工业以太网与现场总线技术及应用摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。
以太网就是这样的一种网络。
本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。
关键词：现场总线控制系统以太网 FCS一引言随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。
它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。
但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。
首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。
复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。
其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。
同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。
由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。
因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。
因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。
为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。
二以太网进入现场总线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,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。
它具有如下特点：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。
profibus和工业以太网通讯方式的选择。
1、profibus是总线形拓扑，而工业以太网是星形拓扑，我可不可以认为工业以太网的可靠性更高？
2、项目中有两台工控机、一个300plc站、两个200plc 站，请问通讯方式选profibus或者工业以太网哪个更合适？谢谢。
最佳答案
1、首先看你现在的硬件支持哪种？如果还没有定的话，用以太网的话交换机是关键，工控机200,300都用以太网通讯模块挂在交换机上。
这样其中的一个设备坏了不会影响其他的，但是以太网通讯存在衰减，所以通讯距离不能过长，一般不超过50m，超过了就要加中继器或者用光纤。
profibus-dp通讯距离比以太网的远，如果dp线中断的话就会影响到其他的设备通讯。
两个方式各有优缺点，你要结合实际情况综合考虑通讯方式。
如果设备都集中在一个小范围内，建议你用以太网，交换机要用质量好的，如果怕不保险你可以考虑通讯网络冗余，当然费用就高了。
profibus总线的应用实例题目：Profibus总线的应用实例概要：本篇文章将深入探讨Profibus总线在不同领域的应用实例，并对其进行评估。
我们将从简单的概念入手并逐渐深入，以帮助读者全面了解Profibus总线技术及其在工业自动化中的重要性。
正文：一、简介Profibus总线是一种用于工业自动化领域的现场总线技术。
它通过传输数据和通信来连接不同的自动化设备，以实现实时监控和控制。
接下来，我们将介绍Profibus总线在不同应用领域中的实际案例，并探讨其优势和局限性。
二、工业自动化1. 应用实例一：工厂自动化在工厂自动化中，Profibus总线可以连接各种传感器、执行器、PLC （可编程逻辑控制器）等设备，实现设备之间的信息交换和协调工作。
通过Profibus总线，工厂可以实现高效的生产线自动化，提高生产效率和质量控制。
2. 应用实例二：过程控制Profibus总线在过程控制领域也有广泛的应用。
在化工生产过程中，通过Profibus总线连接压力传感器、温度传感器、流量计等设备，实现对生产过程的实时监控和控制。
这样可以提高生产工艺的稳定性和安全性。
三、交通运输领域1. 应用实例一：智能交通系统Profibus总线在智能交通系统中扮演着重要的角色。
通过使用Profibus总线，各种交通设备，如信号灯、道路监测设备和车辆检测器等，可以相互连接并实现信息的共享和实时交互。
这样可以提高交通运输的效率和安全性。
2. 应用实例二：铁路信号系统在铁路交通领域，Profibus总线被广泛用于铁路信号系统中。
通过Profibus总线，信号设备可以快速传输数据，实现列车运行状态的实时监控和控制。
这对于提高铁路运输的安全性和效率至关重要。
四、优势和局限性Profibus总线作为一种现场总线技术具有许多优势，包括高可靠性、高效率、易于维护和灵活性等。
然而，它也存在一些局限性，如设备兼容性和实施成本较高等问题。
在实际应用中，这些因素需要根据具体情况进行权衡和解决。
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。
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。
工业以太网总线和我们现在使用的局域网是一致的，它采用统一的T CP/IP协议，避免的不同协议间通讯不了的困扰，它可以直接和局域网的计算机互连而不要额外的硬件设备，它方便数据在局域网的共享，它可以用IE浏览器访问终端数据，而不要专门的软件，它可以和现有的基于局域网的ERP数据库管理系统实现无缝连接，它特别适合远程控制，配合电话交换网和GSM，GPRS无线电话网实现远程数据采集，它采用统一的网线，减少了布线成本和难度，避免多种总线并存。
工业以太网总线正因为有诸多的优点，在国内外逐步得到了迅速的普及，现在已经有大量的配套产品在使用中。
如工业以太网H UB，工业以太网防火墙产，工业以太网关，以太网转RS232/RS485设备，以太网A/D模块，以太网D/A模块，以太网AI模块，以太网AO模块，以太网DI模块，以太网DO模块及复合功能模块。
一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构。
基于现场总线P ROFIBU S-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。
现场总线PRO FIBUS是面向现场级与车间级的数字化通信网络。
（1）现场设备层：主要功能是连接现场设备，如分散式I／O．传感器．驱动器．执行机构．开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。
主站（PLC．PC机或其它控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。
总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。
（2）车间监控层：车间级监控用来完成车间主生产设备之间的连接，如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。
车间级监控包括生产设备状态在线监控．设备故障报警及维护等。
通常还具有诸如生产统计．生产调度等车间级生产管理功能。
车间级监控通常要设立车间监控室，有操作员工作站及打印设备。
工业以太网总线和我们现在使用的局域网是一致的，它采用统一的TCP/IP协议，避免的不同协议间通讯不了的困扰，它可以直接和局域网的计算机互连而不要额外的硬件设备，它方便数据在局域网的共享，它可以用IE浏览器访问终端数据，而不要专门的软件，它可以和现有的基于局域网的ERP数据库管理系统实现无缝连接，它特别适合远程控制，配合电话交换网和GSM，GPRS无线电话网实现远程数据采集，它采用统一的网线，减少了布线成本和难度，避免多种总线并存。
工业以太网总线正因为有诸多的优点，在国内外逐步得到了迅速的普及，现在已经有大量的配套产品在使用中。
如工业以太网HUB，工业以太网防火墙产，工业以太网关，以太网转RS232/RS485设备，以太网A/D模块，以太网D/A模块，以太网AI模块，以太网AO模块，以太网DI模块，以太网DO模块及复合功能模块。
一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构。
基于现场总线PROFIBUS-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。
现场总线PROFIBUS是面向现场级与车间级的数字化通信网络。
（1）现场设备层：主要功能是连接现场设备，如分散式I／O．传感器．驱动器．执行机构．开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。
主站（PLC．PC机或其它控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。
总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。
（2）车间监控层：车间级监控用来完成车间主生产设备之间的连接，如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。
车间级监控包括生产设备状态在线监控．设备故障报警及维护等。
通常还具有诸如生产统计．生产调度等车间级生产管理功能。
车间级监控通常要设立车间监控室，有操作员工作站及打印设备。
车间级监控网络可采用PROFIBUS－FMS，它是一个多主网，这一级数据传输速度不是最重要的，而是要能够传送大容量信息。
（3）工厂管理层：车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。
P R O F I B U S总线及工业以太网的简要比较与应用方
案分析
Prepared on 22 November 2020
PROFIBUS总线、CAN总线及工业以太网的应用探讨
姜勇刚
通信作者：冯震（指导教师）
（湖北师范学院机电与控制工程学院湖北黄石 435000）摘要：本文主要介绍了 PROFIBUS总线，CAN总线及工业以太网各自的的特点与不足，对三者的网络协议规范进行比较。
探讨了工业应用中的两种方案：PROFIBUS与工业以太网结合应用—Profinet；CAN与工业以太网并存组网。
展望了工业以太网在工业网络控制中的发展趋势。
关键词：PROFIBUS CAN 工业以太网工业网络控制
The discuss and application among PROFIBUS, CAN BUS and
Industrial Ethernet
Jiang Yong-gang
Communication author: Feng Zhen (teacher)
(Electrical and control engineering department Hubei Normal University Huangshi China
435000)
Abstract: This article mainly introduced the PROFIBUS, CAN bus and Industrial Ethernet their respective advantages and disadvantages of the three network agreement standard for comparison. Discusses two kinds of industrial applications: PROFIBUS gets new development ——Profinet; CAN coexist with industrial Ethernet make new mixed network. Industrial Ethernet is prospected in industrial network control in development trend.
Keywords: PROFIBUS CAN Industrial Ethernet Industrial Control
0 引言
现场总线（Fiedldbus）是80年代末国际上发展起来的现场智能设备互联通讯网络，目前已成为世界上自动化技术的研究热点，据不完全统计，各类总线有四十多种[1]。
其中，过程现场总线（PROFIBUS－PROCESS PFIELDBUS ）和控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）依靠各自的优良特性和开放性，被认为是最有前途的两
种总线[2]。
它们的使用领域有所不同，PROFIBUS主要用于制造业自动化，电力、楼宇自动化，而CAN主要应用与交通工具、医疗仪器等的制造方面[3]。
工业以太网是传统以太网在工业领域的得到的延伸应用，由于其应用的广泛性和技术的先进性，已经逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制的中上层的信息管理与通信，并逐步向工业控制现场发展。
1 PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网的比较
PROFIBUS现场总线的优势及存在的问题
（1）优势
PROFIBUS总线速度较快，组态配置灵活，可以实现总线供电。
PROFIBUS的网络协议是按照ISO颁布的OIS标准七层参考为基础，对于3至6层进行了简化，因此它的适应性非常的强。
PROFIBUS的3种模块（FMS、DP和PA）可以适应不同的应用对象和通讯速率的要求，开放性好[5]。
PROFIBUS现场总线技术根据不同的应用对象可以灵活的选取3种不同规格的总线系统进行组合，混合的系统可以方便的在一根电缆上同时操作，不用加任何转换装备[8]。
PROFIBUS具有本征安全的优势，在维修和接通或断开时也不会影响其他站点的工作[7]。
（2）存在的问题
PROFIBUS的参数不容易设定，在网络增加删除节点时需要进行逻辑环重构，所以不适应节点数目频繁变化的场所，限制其只可以在过程自动化及车间级的通讯等领域。
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以自动关闭输出[7]。
（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。
说先，他不可以与Internet互联，不可以实现远程的信息共享。
其次，她不依与上位机直接接口，接口卡的价格是比较昂贵的。
CAN总线的通信距离与信息传输速率没有没法和工业以太网相比[4]。
工业以太网的长处与不足
（1）长处
基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式网络，由于其组成的系统兼容性和互操作性好，资源共享能力强，可以实现将控制现场的数据与通讯系统的资源共享；数据的传输的距离远，传输速率高；易于Internet连接，成本低，易组网，与计算机，服务器的接口十分方便，技术支持广泛。
（2）不足
以太网采用的是带有冲突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；存在安全可靠性的问题，由于以太网的超时重发机制，单点的故障可以造成整个网络的瘫痪；目前的以太网抗干扰能力不强，很难适应环境恶劣的工业现场；本质安全问题，在易燃易爆的工业环境必须要采用安全防爆技术。
总线供电问题，环境恶劣的场合，总线供电有着积极的意义[3][6]。
三者网络协议规范比较
PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网网络协议规范都遵循了ISO/OSI参考模型的基本层次结构。
他们使用了OSI模型的最低两层，即物理层和数据链路层，但是三者在各层的物理实现和通信的机理有着比较大的差别。
他们的各层在具体网络协议比较如下表：
表1 PROFIBUS现场总线、CAN现场总线及工业以太网网络协议规范的比较
2 PROFIBUS总线、CAN总线及工业以太网结合应用分析
由上表的分析不难看出，三者的主要区别在工业信息化网络中的应用领域是不一样的。
因此可以提出工业以太网分别与底层控制网络 PROFIBUS总线、CAN总线的共存的工业信息一体化的模式，从而实现工业网络的自上而下的网络化。
工业以太网目前应用在对信息量需求大单实时性要求不高的最上层的企业信息管理网络和中间的过程监控网络。
企业信息管理网络和过程监控网络的各个终端之间的信息交换的数据报文通常较长，数据的吞吐量比较大，而数据通信的发起是随机的，无规则的，因此网络必须又较大的带宽，但对实时性要求相对不严格。
这部分可以由传输速率比较高的工业以太网组成。
PROFIBUS总线具有稳定的国际标准EN50170 V2作保证，以ISO颁布的OIS标准七层参考为基础，对于3至6层进行了简化，因此它的适应性非常的强。
它的3种模块（FMS、DP和PA）可以适应不同的应用对象和通讯速率的要求，开放性好。
而且PROFIBUS国际
组织推出了基于工业以太网的通信解决方案—Profinet，打破传统的工业控制体系，实现办公室自动化和工业自动化的连接，实现从上层控制网络到现场网络控制的“一网式”连接[4]。
CAN总线的通信网络的连接简单，实时性与准确性高，开发相对简单。
由于CAN总线协议是基于信息的而不是基于地址的，通信网络中可以很容易的增删节点模块而不必对整个系统做出很大的改动；可以使多个节点同时接到一组报文的信息；支持远程帧，节点可以直接向别的节点请求数据；总线上某点发生错误时可以进行故障界定，错误严重的节点可自动退出总线，不影响总线上其他节点的正常工作。
在现在的工业控制现场，一般的信号的信号量都不大，只有几十个字节，用CAN就可以很好的实时传输。
不做之处是，工业以太网与CAN的网络互联必须通过特定的网关，没有和工业以太网很好结合的通信协议，这会影响了CAN在未来的发展。
3 结束语
PROFIBUS总线、CAN总线作为现场总线中的比较成熟的总线技术，已经得到了很大的发展。
但是在未来的工业界，将实现从企业管理层到工厂设备现场控制的“一网到底”网络控制，单单依靠 PROFIBUS总线、CAN总线的控制模式已经不可能满足要求。
随着工业以太网不断发展，其实时性与可靠性不断提高，又凭借它与商业以太网的可兼容性，软硬件资源的丰富及可持续发展的空间大的特点，使我们完全有理由相信工业以太网将直接应用于工厂现场控制，成为工业信息化的网络系统的主流。
参考文献
[1]夏德海，现场总线的现状及应用（一）.中国仪器仪表。
[2]饶运涛，邹建军，郑勇芸现场总线原理与应用技术【M】。
北京：北京航空航天大学出版社，2003
[3]吴爱国，梁瑾，金文，工业以太网的发展现状【J】.信息与控制，2003
[4]阳贤惠，现场总线技术及应用【M】.北京：清华大学出版社。
1999
[5]袁海洲，Profibus 技术概述【J】.电工技术，2002。
2
[6]熊育悦，赵哲身工业以太网在自动控制系统控制的应用前景【J】。
自动化仪表。
2002
[7]谢昊飞，李勇，王平，张军，网络控制技术【J】。
机械工业出版社。
2009
[8]王化祥，林慧工业控制的应用现状和发展趋势 2004。
