几种典型工业以太网技术比较
工业以太网
最近刚刚发布的IEEE 802.3af标准中，对Ethernet的总线供电 规范也进行了定义。此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输， 现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网段还可采用冗 余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。 9.1.3几种典型的工业以太网简介 以下介绍几种典型的工业以太网： 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织 (FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整 合构成信息集成开放的体系结构。
工业以太网数据传输和管理的一个典型技术是，在应用层和传 输层之间增加中间件，对数据通讯进行管理和控制。
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3．稳定性与可靠性
Ethernet进入工业控制领域的另一个主要问题是，它所用的接 插件、集线器、交换机和线缆等均是为商用领域设计的，而未针对 较恶劣的工业现场环境来设计。
随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。为了解决 在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定工作的问题， 美国Synergetic微系统公司和德国Hirschmann、Jetter AG等公司 专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导 轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。
FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义， HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义 了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规 定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理 （SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要 适当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结 构框架内无缝地进行操作，因而FF HSE总线可以使用当前流行的商 用以太网设备。
工业以太网案例—现代制造业
工业以太网案例—现代制造业随着科技的不断发展，现代制造业不断追求更高的效率和更加智能化的生产方式。
工业以太网作为现代制造业中不可或缺的通讯网络技术之一，在多个领域得到了广泛应用。
本文将介绍工业以太网在现代制造业中的应用案例。
案例一：汽车生产厂商汽车制造业是一个典型的现代制造业行业，汽车品牌商常常需要不断升级或更新车型。
而这个过程需要最快的响应速度和最精准的生产效果。
这就需要高效的生产线所支持的计划生产和自动化生产环境。
为了实现自动化与智能化，许多汽车厂商选择使用工业以太网技术构建智能工厂。
工业以太网技术的应用，能够大幅提高生产的效率、降低故障率、实现自动化流程控制和产品质量的管理。
汽车厂商通过使用工业以太网技术，可以连接整个车辆生产流程的各个节点和信息系统，从而提高整车生产的灵活性和效率，同时降低生产成本，提高产品质量的稳定性和可靠性。
案例二：机床制造商机床是一种高精度工具机，广泛用于制造切削、钻孔、弯曲和磨削等使用。
机床制造商在生产过程中，通常需要通过多种方式进行数据的传输和交流，以保障机床生产的准确性、效率和稳定性。
工业以太网技术可以为机床制造商提供高速数据传输和即时反馈的服务，从而提高整个机床生产过程的效率和质量。
工业以太网技术能够实现对机床的控制和监控。
机床制造商可以利用工业以太网网络，来监测机床生产过程中各个关键指标的变化、制定机床的操作计划以及改进机床的设计和改进等。
除此之外，工业以太网还能够实现远程诊断和快速故障排除，减少机床维修和保养的成本和时间。
案例三：集成电路制造商集成电路制造商是一种高技术的制造企业，传统的制造模式侧重于人工操作，生产效率低下。
但是工业以太网技术的应用，能够实现生产流程的智能化管理和自动化控制。
通过使用工业以太网技术，集成电路制造商可以提高生产效率、降低能源消耗和减少人为操作误差。
同时，利用工业以太网实现对整个生产过程的自动化控制和高效监控，不仅提高了生产效率，还增加了生产的灵活性和生产过程的可视化程度。
工业环网技术解决方案
工业环网技术解决方案背景随着工业化进程的不断推进，工业环网技术越来越受到关注。
工业环网技术是指在工业生产过程中，通过互连的传感器、仪器设备和控制系统构成的网络，实现数据的采集、处理和传输，从而提高生产效率和管理水平的一种技术。
解决方案下面是几种常用的工业环网技术解决方案：1. 以太网以太网以太网是一种常见的工业环网技术，具有高速传输、可靠性强、组网灵活等优点。
通过以太网，各种设备可以方便地连接到同一个网络中，实现数据的共享和交换。
2. 工业物联网工业物联网工业物联网是将工业设备和传感器与互联网相连接，实现设备之间的通信和数据交换。
通过工业物联网，可以对生产过程进行实时监测和控制，从而提高生产的效率和质量。
3. 无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络是通过无线通信技术将多个传感器节点组成的网络。
这种网络可以实现对工业环境中各种参数的实时监测和数据采集，包括温度、湿度、压力等。
无线传感器网络可以提供更灵活的部署方式和更低的成本。
4. 工业以太网工业以太网工业以太网是一种专门为工业环境设计的以太网技术，具有抗干扰能力强、实时性好的特点。
工业以太网可以满足工业生产过程中对数据传输的高要求，提供可靠和稳定的通信环境。
5. 云计算云计算云计算是通过将数据存储在云服务器上，并通过互联网进行处理和分析。
在工业环网中，云计算可以实现对大量数据的处理和分析，提供决策支持和预测分析等功能。
总结工业环网技术解决方案包括以太网、工业物联网、无线传感器网络、工业以太网和云计算等。
这些技术可以提高生产效率和管理水平，实现工业化进程的智能化和自动化。
在选择解决方案时，应根据实际需求和具体情况进行评估和选择。
各种工业以太网的区别
各种工业以太网的区别其实就是协议的区别,其中最主要的还是应用层协议的区别.都是以太网通讯,只是每个公司的叫法不一样,西门子用PROFINET、AB用EthernetIP、施耐德的MODBUSTCP/IP.取个例子,以太网就像高速公路,Ethernet/IP、Profinet、ModbusTCP/IP分别像高速公路上的宝马、奔驰、奥迪车,都可以从一个城市把物品运送到另一城市.但是每个车上安装的零件无法和另一车上的零件进行更换.EtherCAT以太网控制自动化技术是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统,EterCAT名称中的CAT为ControlAutomationTechnology控制自动化技术首字母的缩写.最初由德国倍福自动化有限公司BeckhoffAutomationGmbH研发.EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线的使用成本.EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议SIL3. Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议.它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上,利用固定的以太网硬件和软件,为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发Ethernt/IP属于ODVA组织,Rockwell只是其中一个推广力度比较大的公司而已.施耐德也是ODVA组织的成员,施耐德所有PLC都可以支持Ethernt/IP协议.Ethernt/IP协议是十大总线之一,和Controlnet、Devicenet一起称为CIP总线.可以实现协议间路由,但是需要Rslinx软件进行配置.通讯时需要设置RPI参数,没有任何客户端的反馈信息,因此不管现场客户端是否收到数据,数据一致由服务器不断的发,缺少相应的检测.PROFINET由PROFIBUS国际组织PROFIBUSInternational,PI推出,是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准.作为一项战略性的技术创新,PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题,并且,作为跨供应商的技术,可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线如PROFIBUS技术,保护现有投资.PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案,其功能包括8个主要的模块,依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化.MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品.显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS 报文的用途.协议的最通用用途是为诸如PLC’s,I/O模块,以及连接其它简单域总线或I/O 模块的网关服务的.MODBUS/TCP协议是作为一种实际的自动化标准发行的.既然MODBUS已经广为人知,该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中.然而,本规范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值,哪些部分是MODBUS作为可编程的协议交替用于PLC’s的“多余部分”.它通过将配套报文类型“一致性等级”,区别那些普遍适用的和可选的,特别是那些适用于特殊设备如PLC’s的报文.ModbusTCP/IP由ModbusIDA组织提出,有施耐德旗下的Modicon公司主推,在目前施耐德所有PLC产品中都支持,同时也支持Ethernet/IP协议,ModbusTCP/IP是免费的、全开放协议,可以用VB等高级编程语言调用winsock控件即可实现与PLC的数据通讯,因此,很多产品都支持该协议.同时利用该协议进行通讯时,可以得到客户端的数据校验返回,因此可靠性和安全性较高,当然牺牲了数据量.POWERLINK=CANopen+Ethernet鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础,EthernetPOWERLINK融合了这两项技术的优点和缺点,即拥有了Ethernet的高速、开放性接口,以及CANopen在工业领域良好的SDO和PDO数据定义,在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet上的CANopen,物理层、数据链路层使用了Ethernet介质,而应用层则保留了原有的SDO和PDO对象字典的结构虽然这些工业以太网都是国际标准,但是指的是IEC61784里的标准,但是这些工业以太网不都是标准的以太网.即这些工业以太网并不都是符合IEEE802.3U的标准,这当中只有Modbus-TCP和EtherNet/IP是符合IEEE802.3U的,只有符合IEEE802.3U标准的,才能与IT 和以太网将来的发展相兼容.而不符合IEEE802.3U标准的,基本上可以讲不是以太网,它们都对以太网进行了修改,或者是硬件或者是软件,已经不是以太网了.a.ModbusTCP和EtherNet/IP的区别主要是应用层不相同,ModbusTCP的应用层采用Modbus 协议,而EtherNet/IP采用CIP协议,这两种工业以太网的数据链路层采用的是CSMA/CD,因此是标准的以太网,另外,这两种工业以太网的网络层和传输层采用TCP/IP协议族.还有一个区别是,Modbus协议中迄今没有协议来完成功能安全、高精度同步和运功控制等,而EtherNet/IP有CIPSafety、CIPSync和CIPMotion来完成上述功能,所以才有Schneider 加入ODVA,成为ODVA的核心成员来推广EtherNet/IP.由于这两种网络都是标准的TCP/IP 以太网,所以所有标准以太网节点都可以接入这两种网络.b.PROFINET分为原来划分为v1,v2,v3,现在一般称为ProfiNetCBA、ProfiNetIO和ProfiNetIRT.也就是通过以太网来实现对等通讯、实时控制和运动控制.v1采用TCP/IP协议,采用标准的以太网,而V2和V3不采用tcp/ip协议,这两种都绕过tcp/ip协议,采用另外的网络层和传输层协议,开发ProfiNet采用开发人员人员认为tcp/ip协议增加了数据在网络中的传输延迟,其实这是一种误解,据美国密歇根大学的教授研究后认为数据在TCP/IP 中的传输延迟很小,他们研究得出数据在经过TCP,IP栈时延迟只有不到100微秒,如果采用UDP/IP时就更小,同时他们研究也得出数据在不同应用层延时比较大,不同的协议延迟不一样,但是相差不是很大,从200us-800us不等,他们经过实验后认为以太网的基础设施指交换机、网卡等和TCP/IP协议并不是影响工业以太网实时性的主要原因,而认为应用层协议才是主要原因.所以密歇根大学的教授认为绕开TCP/IP协议没有丝毫的意义,反而由于缺少了TCP/IP协议,使得设备也就缺少了IT功能,与其它现场总线没有区别.ProfiNetV3就更特别了,它不完全采用标准以太网的数据链路层,有一不时间采用以太网的数据链路层CSMA/CD,而另外一部分时间采用自己的数据链路层,通过一个高精度的时间来完成.所以ProfiNetV3也就不是标准的以太网了,也就给Profinetv3带来如下的问题：不能采用标准的交换机、不能采用标准的以太网芯片、与企业网相连可能会出现问题,与标准以太网相连还要特殊的网关、添加和删除一个节点都需要重新组态网络和重新启动网络、至今没有千兆网络,还有最重要的是,当标准以太网以后发展了后,它不能与标准以太网相兼容,不具有将来以太网所应具有的功能.c.EtherCat这种工业以太网也很奇怪,它们不使用标准的芯片,一般不使用交换机,软件也不是标准的,对以太网的数据帧进行了一些修改,我们知道一个数据帧只有一个源节点,但是对于EtherCat一个数据可能有多个源节点,即一个数据是由多个节点发送的数据组合而成的.所以对于这样的网络,标准的以太网设备也不能接入这样的网络.我认为Ethernet/IP和ProfiNet这两种工业以太网都适合各个行业.首先这两种工业以太网都用于传输非实时数据,还可传输实时数据,即可以用于离散控制,也可用于过程控制当然现在还不能用于本安应用.其次,这两种工业以太网都可用于网络功能安全传输,Ethernet/IP有CIPSafety协议,而ProfiNet有Profisafe协议,还有在运动控制方面ProfiNet有ProfiNetIRT,而EtherNet/IP则有CIPSafety,二者都可以用于中高端的运动控制.最后两者都有基于IEEE1588的高精度时钟同步.而ModbusTCP,EtherCat和PowerLink,都只能完成部分控制任务,如ModbusTCP一般只作常规IO实时和非实时数据.而EtherCat 和PowerLink则更象是为运动控制而开发的,这二者好像没有功能安全、在PLC和DCS控制方面也没有得到大自动化公司的支持,况且这两者又对以太网进行修改,一个在软件,另一个在软件和硬件方面都进行了修改,都不能兼容标准的以太网设备,个人认为这样做得不偿失,为满足运动控制而不能兼容已有的标准的以太网设备而开发的工业以太网并不是以太网,与其说是工业以太网还不如说是另一种现场总线.我认为工业以太网的竞争将会在Ethernet/IP和ProfiNet间进行,其中EtherNet/IP以后将由罗克韦尔自动化、Omron、施耐德和思科公司来推动,而ProfiNet将由业界老大西门子公司带领,不知谁将引导未来.最后一定是大西洋两岸的两大巨人之间的角力,就像以前的现场总线战争,最后还不是Profibus和DeviceNet,别的都只能当陪衬的角色当然,现在大家都在看中国这个大西洋两岸以外的单一最大市场,中国把砝码放在谁这一边,可能会使天平倾斜一点.但最后,肯定两者都会存在的.现实中选择什么厂家的PLC,建议选择对应的以太网协议,除了施耐德和Rockwell的PLC都支持Ethernet和ModbusTCP/IP协议外施耐德在两个协议支持上做的更好,目前都没有任何网关产品可以实现Profinet与其它协议的转换.即便有相应的网关,不论成本增加了多少,还牺牲了实时性.因此,建议选择什么PLC,选择相应的以太网即可.性能在目前的所有控制系统中差别不大.。
5种主流的以太网的比较
V o l u m e 6, I s s u e PROFINET POWERLINK EtherNet/IP EtherCAT SERCOS III系统如何运行用户组织背景一览投资可行性及性能您需要知道的每件事系统比较五大主流技术S t e f a n S c h ön e g g e rB h a g a t h S i n g h K a r u n a k a r a nH u a z h e n S o n gS t ép h a n e P o t i e rA n t o n M e i n d lC h r i s t i a n S c h l e g e l对局外人而言，工业以太网存在很多让他们混淆的问题-而且并非孤立，即使那些专家有时候也被各种风起云涌的竞争系统所困扰,尽管制造商们提供了很多信息，描述他们的技术性能和特定的功能，并希望给出易于理解的解释，然而，用户仍然发现他们无法从这里获得比较全面信息以支持他们进行这个方面的投入。
我们也的确经常会遇到这方面的需求-寻求一个概要性的对于主流系统的评价：“在哪些方面存在差异？”，因此，我们觉得有必要出版一个专刊用来探讨这个话题，在创建这个话题时，我们试图去尽力保持客观与公正的角色，我们的综述聚焦于技术本身及其商业意义，也同时考虑了评估系统的战略要素－这主要是对那些考虑长期以太网设备投资安全性的决策者而言的。
在这个刊物中的观点来源于与多个领域中的开发者及决策制定者的交流与探讨而获前言1 s 10 00 s 1 ms 10 ms 100 ms 1 s 10 s高性能同步处理,电子传动机床,高速过程,机器人输送系统,简单控制,多数自动化系统楼宇技术,控制和自动化水平,无故障过程和仓储系统响应时间/抖动实时等级和应用领域实时的不同方法其中一个关键的区别在于不同的工业以太网如何调度并管理数据传输使得网络可以提供实时性，EtherCAT和SERCOSIII 的通信采用了集束帧方式：在每个周期，网络向所有的节点发送一个数据报文，从一个节点到另一个沿环形拓扑结构进行传输，同时采集每个节点的响应数据。
工业以太网技术全面解析
工业以太网技术全面解析高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。
在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。
下面对它们进行简单比较。
Ethernet/IPEthernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。
实现实时性的方法Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。
Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。
UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。
对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。
而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。
对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。
Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。
生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。
消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。
这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。
Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。
CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。
另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。
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。
各种工业以太网比较
EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。
最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。
EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。
EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。
Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。
它建立在标准UDP/IP与TCP/IP 协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。
PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。
MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品。
显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS 报文的用途。
协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O 模块的网关服务的。
MODBUS/TCP协议是作为一种（实际的）自动化标准发行的。
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源地址
为避免冲突、尽量利用带宽，EPL 在时间上重新组织了网络中站间信息交换 机制，在 CSMA 基础上引入时间槽管理机制。网络其中一个站点充当管理站管 理网络通信，对其他所有站点给定同步节拍，分别分配各站发布权限，各站只能 在得到发布权限后才可发布信息。
Ethernet/IP 将 CIP 附加在标准的 TCP/IP 协议之上。对于面向控制的实时 I/O 数据，采用 UDP／IP 协议来传送，其优先级较高。而对于显式信息（如组态、 参数设置和诊断等），则采用 TCP／IP 来传送，其优先级较低。
为进一步提高实时性，ODVA 组织将 IEEE 1588 精确时间同步协议用于 Ethernet/IP，制定了 CIP sync 标准。该标准要求每秒钟由主控制器广播一个同步 化信号到网络上的各个节点，使所有节点的同步精度准确到微秒级。
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（2）通信应用层：一个 Modbus 设备可以提供一个客户机和/或一个服务器 Modbus 接口，并提供 Modbus 客户接口，使用户应用可以生成各类 Modbus 服务 请求。
（3）TCP 管理层：负责全面管理报文传输 TCP 连接，并控制未知 IP 地址 的访问连接以保证数据安全。TCP 502 端口是为 Modbus/TCP 保留的，每个 Modbus 服务器必须在 502 端口提供监听服务，允许建立连接和交换数据，而 Modbus 客户机端口必须大于 1024。
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4 Ethernet Powerlink
Ethernet POWERLINK（以下有时简称为 EPL）自 2001 年由贝加莱公司推出 以来，存在三个版本，如图 4-1 所示。
图 4-1 EPL 版本
4.1 技术特点（贝加莱宣称） （1）单个网段最多连接 240 个实时站点； （2）真正的确定性通信； 达到 IAONA 实时等级 4 级（最高等级）； 快速，100Mbit/s，最小循环周期 200us； 网络站点之间精确同步，抖动小于 1us。 （3）标准化； 底层技术采用 IEEE802.3u，快速以太网； 支持 IP 协议（TCP，UDP…）； 集成 CANopen 行规 EN50325-4，实现设备的互操作性； 基于标准的以太网芯片，不需要特别的 ASICs。 （4）直接点到点通信； （5）支持热插拔； （6）支持多 CPU 解决方案，优化负载，使之大体平衡。
（4）TCP/IP 协议栈：底层的 TCP/IP 协议栈主要包括 TCP/IP/ICMP/ARP 等 协议及以太网 MAC 子层。
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3 Ethernet/IP
EtherNet/IP 是 ODVA 推出的一种开放的工业网络标准，充分利用了现有的 商用以太网技术、芯片以及物理介质。与 DeviceNet 和 ControlNet 一样，EtherNet/IP 在应用层也使用 CIP（Common Industrial Protoco1，通用工业协议）协议，具有 相同的应用对象库和设备描述。CIP 协议族模型如图 3-1 所示。
IT应用
HTTP SNMP FTP …
工业应用
非实时 数据
实时 数据
自动化API
TCP/UDP IP
实时层
实时数据传 输协议
通用以太网控制器
图 1-3 工业以太网类型 B 结构
（3）类型 C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT、SERCOS-III、PROFInet/IRT（版本 3）采用这种方式。这种 方式在类型 B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步
（2）数据链路层 EPL 数据链路层以标准的以太网 CSMA/CD 技术（IEEE802.3）为基础，但 是 CSMA/CD 的工作原理决定了它不能实现通信的确定性，于是 EPL 引入 SCNM(Slot Communication Network Management)机制，实现了数据通信的确定 性。SCNM 有时也被称为时间槽通信管理机制。 SCNM 给同步数据和异步数据分配时槽，保证了在同一时间只有一个设备可 以占用网络媒介，从而彻底杜绝了网络冲突的发生。SCNM 由 EPL 网络中的管 理节点 MN（Managing Node）来管理，其他的节点称为控制节点控制节点 （Controlled Node）。 SCNM 规定在一个 EPL 网络中只有一个激活的管理节点，管理节点配置网 络中所有可用的节点。只有管理节点可以独立地发送数据，控制节点只有在得到 管理节点允许的情况下发送数据。
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优化性能。其优点是实时性强，缺点是成本较高，需使用专有协议芯片、交换机 等。
IT应用
工业应用
HTTP SNMP FTP …
非实时
实时
数据
数据
自动化API
TCP/UDP IP
实时数据传 输协议
实时层
专用以太网控制器
图 1-4 工业以太网类型 C 结构
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2 Modbus/TCP
国家标准 GB/T 19582-2008《基于 Modbus 协议的工业自动化网络规范》中 给出的 Modbus 协议模型如图 2-1 所示，其中白色部分表示已有标准/规范，如 Modbus 串行链路基于现有 TIA/EIA 标准：TIA/EIA-232-F 和 TIA/EIA-485-A， Modbus/TCP 基于 IETF 文件：RFC 793 和 RFC 791，灰色部分表示该标准中所定 义的内容。
（1）MBAP 报文头中的单元标识符取代了 Modbus 串行链路上使用的从站 地址域，这使得单个 IP 地址可支持多个 Modbus 终端单元，如 Modbus/TCP-串 行链路网关可支持多个串行链路从站设备；
（2）MBAP 报文头中增加了附加长度信息，以便接收节点识别报文边界； （3）Modbus/TCP ADU 中去掉了 CRC 校验域，这是因为以太网帧中已经包 含了 CRC-32 差错校验域。 Modbus 协议规定，通过注册 502 端口上的 TCP 接收所有 Modbus/TCP ADU。 2.2 Modbus/TCP 组件结构模型 Modbus 协议规范中提供了一个通用的 Modbus/TCP 组件结构模型，如图 2-12 所示。
Modbus PDU（协议数据单元）与基础通信层无关，在串行链路和 TCP/IP 上都是相同的。区别在于，在 TCP/IP 上使用一种专用报文头来识别 Modbus 应 用数据单元，称为 MBAP 报文头（Modbus 应用协议报文头）。Modbus/TCP 协议 数据单元格式如图 2-2 所示。
Modbus/TCP ADU
4.2 工作原理 首先需要说明的是，Powerlink 存在三个版本，三个版本互不兼容，下面所
述的工作原理仅适用于版本 2（现行版本）。
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Ethernet Powerlink 参考模型如图 4-3 所示。
图 4-3 EPL 参考模型
（1）物理层/MAC 层 Ethernet POWERLINK 帧在以太网帧的数据域里传输，格式如图 4-4 所示。
管理组织 Modbus-IDA (Modbus-Interface for Distributed Automation) ODVA (Open Devicenet Vendors Association) EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group) PI (Profibμs International) SI (SERCOS International) ETG (EtherCAT Technology Group)
单元标识符
表 2-1 MBAP 报文头格式
长度
描述
2 字节 2 字节 2 字节 1 字节
Modbus 请求/响应事务处理的识别码 0 代表 Modbus 协议 单元标识符和数据域总字节长度 串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别码
与串行链路上使用的 Modbus/RTU 应用数据单元相比，Modbus/TCP 应用数 据单元有如下区别：
几种典型工业以太网技术比较
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1 工业以太网总览
表 1 给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。
序号 1 2 3 4 5 6
表 1-1 常见工业以太网及其管理组织列表
名称 Modbus/TCP Ethernet/IP Ethernet Powerlink PROFInet SERCOS-III EtherCAT
用户应用
通信
资
应用层
Modbus 客户接口
Modbus 客户接口
源
管
Modbus客户机 Modbus服务器
理
与
流
量
TCP
控
管理层
制
栈参数化 连接管理 访问控制
TCP/IP协议栈
图 2-12 Modbus/TCP 组件结构模型
该组件结构模型包括以下几个部分： （1）用户应用：用户特定应用程序，位于组件结构顶层。
Modbus应用层
TCP/IP上的Modbus映射
TCP IETF RFC 793
IP IETF RFC 791
串行链路主站/从站
TIA/EIA-232-F TIA/EIA-485-A
Ethernet II/802.3 IEEE 802.2
以太网物理层
图 2-1 Modbus 协议模型
可以看出，Modbus/TCP 只是将 Modbus 应用层协议简单地移植（映射）到 TCP/IP 网络上。 2.3 Modbus/TCP ADU 格式
上述各种工业以太网管理组织的标识如图 1 所示。