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
《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。
工业以太网现场总线技术
二、易于和Internet连接。
三、可以使现场总线技术与计算机网络技术很好 地融合而形成相互促进的局面。
2.4.2
2.4.3 以太网应用于工业现场的关键技术
(1) 工业以太网通信的实时性
长期以来，Ethernet通信响应的“不确定性”是它在工 业现场设备中应用的致命弱点和主要障碍之一。
➢Ethernet Powerlink实时以太网：(由奥地利B&R公司于2001年开发，并在 2002年成立了EPSG(Ethernet Powerlink Standardization Group)组织。战略伙 伴有设备级通信协议和行规用户集团、工业自动化开放网络体系结构集团）
➢EtherCAT实时以太网: （由德国Beckhoff公司开发，并得到ETG(EtherCAT Technology Group)组织支持。用于现场级的超高速I/O网络）
➢Modbus-IDA实时以太网：(Modbus组织和IDA集团合并、联手开发，致力 于建立基于Ethernet TCP/IP和Web互联网技术的分布式智能自动化系统）
➢ProfiNet实时以太网：(由Profibus International组织提出的基于以太网的自 动化标准。它构成从I/O级直至协调管理级的基于组件的分布式自动化系统的 体系结构方案）
加密技术
鉴别交换技术
访问控制技术 HT2012功能框图
(4) 关于Ethernet“e”网到底
与目前的现场总线相比，以太网具有以 下优点：
（1）应用广泛 （2）成本低廉
（3）通信速率高
（4）可持续发展潜力大
2.4.4 几种实时以太网简介
（1）工业控制网络的实时性要求 ➢允许对事件进行实时相应的事件驱动通信 ➢很高的可用性 ➢很高的数据完整性 ➢在有电磁干扰和电位差的情况下能正常工作 ➢使用工厂内专用的传输线 ➢网络通信的高实时性：数据处理就像发生在数据产生的时 刻，其响应没有大的延时。
以太网与现场总线技术的比较
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以太 网与现 场总线技术 的比较
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现场总线与工业以太网总线知识概述
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。
工业以太网相对DCS,FCS的优势及不足
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。
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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。
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式将MODBUS帧嵌入到TCP帧中。
这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答。
这种呼叫/应答的机制与MODBUS的主从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的确定性。
利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好，并且利用网络浏览器就可以查看企业网内部的设备运行情况。
施耐德公司已经为MODBUS注册了502端口，这样就可以将实时数据嵌人到网页中，通过在设备中嵌人Web服务器，就可以将Web浏览器作为设备的操作终端。
已是中国国家标准，《基于Modbus协议的工业自动化网络规范第3部分:Modbus协议在
TCP/IP上的实现指南》标准号为：GB/Z 19582.3‐2004
HSE是基金会现场总线FF于2000年发布的工业Ethernet规范，是以太网协议IEEE802.3,TCP/IP协议族和FF H1的结合体。
FF现场总线基金会将HSE定位于实现控制网络与Internet的集成。
由HSE连接设备将H1网段信息传送到以太网的主干网上，这些信息可以通过互连网送到主控室，并进一步送到企业的EPP和管理系统。
操作员可以在主控室直接使用网络浏览器查看现场运行情况，现场设备也可以通过网络获得控制信息。
EtherNet/IP是美国罗克韦尔公司于2000年发布的工业Ethernet规范，它很好地采用了当前应用广泛的以太网通信芯片以及物理媒体。
IP代表Industrial Protocol,以此来与普通的以太网进行区分。
它是将传统的以太网应用于工业现场层的一种有效的方法，允许工业现场设备交换实时性强的数据。
EtherNet/IP模型由IEEE802. 3标准的物理层和数据链路层、以太网TCP/IP协议和控制与信息协议CIP三部分组成。
CIP是一个端到端的面向对象并提供了工业设备和高级设备之间的连接的协议，CIP有两个主要目的，一是传输同1/O设备相联系的面向控制的数据，二是传输其它同被控系统相关的信息，如组态、参数设置和诊断等。
CIP协议规范主要由对象模型、通用对象库、设备行规、电子数据表、信息管理等组成。
ProfiNet是德国西门子公司于2001年发布的工业Ethernet的规范。
该规范主要包括三方面的内容:1）基于组件对象模型（COM）的分布式自动化系统;2）规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间开放透明通信;3）提供了一个独立于制造商，包括设备层和系统层的系统模型。
ProfiNet的基础是组件技术，在ProfiNet中，每一个设备都被看成一个具有COM接口的自动化设备，同类设备都有相同的COM接口。
在系统中可以通过调用COM接口来调用设备功能。
组件对象模型使不同制造商遵循同一个原则创建的组件之间可以混合使用，简化了编程。
每一个智能设备都有一个标准组件，智能设备的功能通过对组件进行特定的编程来实现。
同类设备具有相同的内置组件，对外提供相同的COM接口。
为不同厂家的设备之间提供了良好的互换性和互操作性。
已是中国国家标准指导性标准，标准号：《国家标准化指导性技术文件GB/Z 20541‐2006 PROFINET规范》我国第一个拥有自主知识产权的现场总线国家标准EPA在国际标准化工作
中取得了重大突破，已通过IEC/SC65C会员国家的投票被IEC发布为IEC/PAS 62409标准化文件作为第10类型列入实时以太网国际标准IEC 61784‐2 并将收录为现场总线国际标准IEC 61158第四版，成为中国第一个被国际标准化组织接收和发布的工业自动化标准。
4 工业以太网的前景
以太网随着技术的成熟，交换技术的应用，高速以太网的发展等在工业自动化领域上正迅速增长，几乎所有的现场总线系统最终可以都连接到以太网。
随着集成电路的发展，高档的微处理器作为I/O处理器和控制器核心的条件逐渐成熟，而在控制器上运行的实时嵌入式操作系统使控制器易于实现TCP/IP协议，以太网络更易于接近现场。
工业以太网已经成为控制系统网络发展的主要方向，具有很大的发展潜力。
过程控制工业和自动化工业,从嵌入式系统到现场总线控制系统,都认识到了以太网和TCP/IP 的重要性,以太网和TCP/ IP 作为世界上最为广泛应用的网络协议,它将成为过程级和控制级的主要传输技术。
带TCP/ IP 协议的标准的以太网接口现在已经在智能设备和I/ O 模块中使用。
它能够与工厂信息管理系统进行直接地、无缝地连接,而无需任何专用设备。
因此可以说,工业以太网在工业通讯网络中的使用将构建从底层的现场设备到先进与优化控制层、企业管理决策层的综合自动化网络平台,从而可以消除企业内部的各种自动化孤岛。
以太网作为21 世纪未来工业网络的首选,它将在控制和现场设备级成为标准的高速工业网络，有着广阔的应用和发展前景。
工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋。