工业通信中的工业以太网与现场总线比较

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。

现场总线、工业以太网、工业无线【前言】目前工业通信领域的三大主流技术：现场总线、工业以太网、工业无线。

综合应用趋势：将现场总线、以太网、嵌入式技术和无线通信技术融合到控制网络中，在保证系统稳定性的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，从而有助于企业加快新品开发、降低生产成本、完善信息服务。

【现场总线】现场总线的出现不仅简化了系统的结构，还使得整个控制系统的设计、安装、投运、检修维护都大大简化，给工业自动化带来一场深层次的革命。

但现场总线技术至今还没有一个统一的标准。

事实上，从现场总线的概念提出开始，国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成。

很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。

【工业以太网】正当现场总线标准大战硝烟正浓之时，以太网悄悄进入了控制领域，从而产生了一个新的名词工业以太网，并且由于以太网传输速率较现场总线更快等优势，以太网技术一出生就风华正茂，近年来其势头更是盖过了现场总线。

然而，正如当年的现场总线的标准之争一样，工业以太网也出现了多种不同的以太网技术，如Ethernet/IP，Profinet，ModbusTCP，EtherCAT，Powerlink等，而且这些网络在不同层次上基于不同的技术和协议，包括了OPC，CP，IP等，而且，每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持，这就决定了多种以太网技术并存的局面。

【工业无线】再说说无线技术，从复杂的布线到如今仅需要一台无线信号发射器，从依赖PC机到现在可利用任何配有无线终端适配器的设备，连接网络呈现出在任何时间、任何地域、任何设备上都畅通无阻的现状。

技术的发展同时也推动了社会的进步，无论是军用产品、工业产品，甚至民用产品，无线技术俨然成为社会发展中必不可少的一部分。

相比有线网络，无线网络具有移动性，。

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。

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。

超详细的工业以太网与现场总线分析导读随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。

其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。

随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。

其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。

现场总线现场总线是应用在生产现场，用于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。

它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

控制组成01、现场总线控制系统它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。

首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。

通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。

在网络运行过程中系统实时采集数据、进行数据处理、计算。

优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

02、现场总线的测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率、高准确性、抗干扰畸变能力强等特点，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。

03、设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。

04、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。

服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。

客户机运行在PC机或工作站上。

服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。

05、数据库它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。

通信技术在工业自动化中的应用工业自动化的发展，离不开通信技术的支持。

通信技术的应用在工业自动化中起到了至关重要的作用，实现了设备之间的信息传递和控制。

本文将介绍通信技术在工业自动化中的应用，包括现场总线技术、工业以太网、物联网等。

通过这些应用，工业自动化系统得以实现高效、智能和可靠的运行。

一、现场总线技术的应用现场总线技术是工业自动化中常用的通信技术之一。

它通过在现场设备之间建立总线网络，实现设备之间的数据交换和控制指令传递。

现场总线技术具有传输速率快、可拓展性强和可靠性高等优点。

在工业自动化中，现场总线技术广泛应用于各类工业控制系统。

例如，在自动化生产线中，各个传感器、执行器和PLC等设备可以通过现场总线连接起来，实现实时的数据传输和控制操作。

这使得生产线的监控和控制更加精细和高效。

二、工业以太网的应用工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，专门用于工业自动化领域。

它为工业设备提供了高速、可靠的通信服务，支持实时数据传输和控制。

在工业自动化中，工业以太网广泛应用于工厂自动化、机器人控制和过程控制等领域。

通过工业以太网，各类设备可以实现快速的数据传输和实时的控制操作。

例如，在工厂自动化中，生产线上的各个设备可以通过工业以太网连接起来，实现高效的数据交互和协调工作。

三、物联网在工业自动化中的应用物联网是指通过各类物理设备、传感器和软件等互联互通，实现信息的收集、处理和传输。

在工业自动化中，物联网技术的应用推动了工业生产的智能化和数字化。

在工业自动化中，物联网技术可以实现设备的远程监控和管理。

通过传感器等设备采集的数据，可以远程监测设备的状态和运行情况，并进行相应的控制操作。

这大大提高了设备的使用效率和管理水平。

总结通信技术在工业自动化中的应用，为工业生产带来了许多便利和效益。

现场总线技术、工业以太网和物联网等通信技术的应用，使得设备之间的信息交流更加高效、快速和可靠。

工业自动化系统在通信技术的支持下，可以实现更加智能、高效和可靠的运行，为工业发展带来了巨大的推动力。

目录1．现场总线控制技术与工业以太网2.工业以太网实时性问题3．Ethernet／IP协议简介4．Ethernet／I P通信适配器硬件设计与实现5．EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景Ethernet／IP协议简介1 现场总线控制技术与工业以太网20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟，智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用，嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。

现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来的。

它的初衷是用数字通讯代替4--20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。

控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。

然而在控制界对FCS进行概念炒作的时候，却注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一：8种现场总线经过14年的纷争，最后IEC的现场总线标准化组织经投票，通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准，即：FF H1，Control Net，ProfiBus，InterBus，P．Net，World FIP，Swift Net，FF之高速EtherNet即HSE。

这8种现场总线互不兼容，这也使得各厂商的仪表设备难以在不同的FCS中兼容。

此外，FCS的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线(FF)正在制定的国际标准为例，它采用了ISO的参考模型中的3层(物理层、数据链路层和应用层)和极具特色的用户层，其低速总线H1的传输速度为31．25kbps，高速总线H2的传输速度为1 Mbps或2．5Mbps，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。

又如广泛用于汽车行业的Can总线系统，其最高的传输速率为1 Mbps／40米；这些现场总线受通讯距离制约较大。

由于上述原因，使FCS在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。

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。

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。