工业以太网的应用特点
现场总线和工业以太网
一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、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现场总线是通信网络位于生产控制现场和网络结构的底层 现场总线是低带宽的控制网络它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线对控制系统带来的革命 基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集散控制系统DCS、PLC基于现场总线的分散控制系统各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数与一般通信技术的区别一般通信技术只是能实现信息的传输现场总线是一种控制系统框架一种全新的控制系统结构，即：现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互访与互换总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总控制系统FCS采用开放式数字通信网络突破传统DCS中的专用通信网络结构网络集成的测量控制系统单个分散的测量控制设备变成网络节点现场总线为纽带构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享返回本章首页2.1 FCS的结构特点Multi-Controllers AOPIDAIPIDAOAI DCS FCS2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信多分支结构系统的开放性互可操作性和互用性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的高度适应性全数字通信抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高信号的检错、纠错机制得以实现可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。
工业以太网与现场总线技术及应用
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。
工业以太网通信协议研究及应用
工业以太网通信协议研究及应用摘要：在绝大多数工业控制通信方面都是采用现场总线技术方式来实现的。
但长期以来现场总线种类繁多、同时又没有统一标准而导致互不兼容，使得系统集成和信息集成面临着巨大挑战，所以引入了应用广泛、高速率、低成本的以太网技术。
但以太网的可靠性和实时性比较差，难以适应工业控制的要求，故相关组织对以太网进行了一些扩展，称为工业以太网。
随着工业4.0的发展，相信工业以太网技术将越来越重要。
本文就常见工业以太网通信协议简介及应用作出阐述。
关键词：现场总线技术、工业以太网、EtherCat、Ethernet/IP、ProfiNet、Modbus/TCP、Ethernet/PowerLink、MechatroLink1常见工业以太网通信协议1.1、Modbus/TCPModbus/TCP是用于控制和管理自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。
由此可见，它覆盖了使用TCP/IP协议的Intranet企业内部网和Internet互联网环境中Modbus报文的用途。
该协议的最常见用途是为例如I/O、PLC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。
然而该规范力图阐明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的多余部分。
Modbus/TCP 在美国比较流行，它由两部分组成，即IDA分散式控制系统的结构与Modbus/TCP 的信息结构的结合。
Modbus/TCP定义了一个简单的开放式又广泛应用的传输协议网络用于主从通讯方式。
1.2.、Ethernet/IPEthernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议，这里的IP表示Industrial-Protocal。
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。
以太网技术在工厂的应用探讨
操作 和存储 介质所携 带的病毒 威胁 ，针 对这种 情况提 供多 种安全机 制 ：用户 密码 、数据 加密 ，非 工作人 员不 能轻易
使用挂在 工业 网络上 的机器 。另外增加 了一 台专 门的杀毒
据 网段 的智 能 ，降低数据 冲撞 和重发概 率 ，减 轻 了网络负 担 ，提高 了通信速率。 ２以太网如何满 足工业现场环境问题 ．
设备 ・ 论坛
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文 章编 号 ：１７ — ７ （０ ２ ７ ０ ２ — ２ ６ １０ １ ２ １）０ — ０ ９ ０ １
以太 网技术在 工厂 的应用探讨
齐 向红 ，单为春
（ 济南钢铁集 团总公 司 ，山东 摘 济南 ２００） ５１ １
要 ：阐述 了以太 网的技术特点 ，重点对 以太 网应用于工业 现场所面 临的问题和采取 的应 对措施进行
环型等灵活的拓朴结构 。
碰撞 的次数 ，增加系统的确定性。 （）采 用Ｔ Ｐ Ｐ ２ Ｃ ￣ 协议 ，确保数据安全 可靠到 达接收方 。 在 网络链路层 中所有 硬件对Ｔ Ｐ Ｐ Ｃ ３ 的应用 是透明 的 ，Ｔ Ｐ Ｃ 为
传输控制协议 ，而Ｉ为网际协议 。Ｔ Ｐ Ｐ Ｐ Ｃ ￣ 为数 据传 输提供了
了说 明 。
关键 词 ：局域 网 ；以太 网 ；协议 ；拓扑结 构 中图分类号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７ 文献标识码 ：Ｂ
一
、
前言
１实时性和确定性 ．
随着控 制技 术 、计 算机 、通 信 、网络等 技术 的发展 ， 信 息交换 技术正迅 速地应 用于工 厂的设备 控制 及管 理各个 层 次 。但 由于现场 总线相 互之 间兼 容性差 、生 产现 场控制
工业以太网简介
工业以太网简介：工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet）的强大的区域和单元网络。
利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。
企业内部互联网（Intranet）,外部互联网（Extranet）,以及国际互联网(Internet）提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化.继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802。
3u 的标准）也已成功运行多年。
采用何种性能的以太网取决于用户的需要.通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术.为用户带来的利益：市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN（局域网）领域中首屈一指的网络。
以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：•通过简单的连接方式快速装配。
•通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。
•通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
•各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。
•通过接入WAN(广域网）可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。
SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术，SIMATIC NET已供应多于400，000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。
工业以太网络的构成：一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：◆ 网络部件连接部件：•FC 快速连接插座•ELS（工业以太网电气交换机)•ESM(工业以太网电气交换机)•SM（工业以太网光纤交换机)•MC TP11（工业以太网光纤电气转换模块)通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤◆ SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。
用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。
◆ PG/PC 上的工业以太网通讯外理器。
工业以太网简介
6. 电子商务级（L5）：使用各种电子工具从事商务或活动。
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企业级（管理级）
1 工业以太网概述
控制级（单元级） 现场级
PROCESS FIELD BUS
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1 工业以太网概述
1.2 工业以太网的特点及应用安全的要求
1、通信实时性 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，其本质上是非实时
的。平等竞争的介质访问控制方式不能满足工业自动化领域对通信的实 时性要求。因此以太网一直被认为不适合在底层工业网络中使用。需要 有针对这一问题的切实的解决方案。
3. 过程控制级（L2）：二级，是围绕机组的工艺控制模型为主的部分，就是计 算机控制，有一定的控制模型和画面，但是这个计算机控制是单个工序的控 制，比如转炉、精炼、连铸的操作室里的计算机控制；核心是配套的生产过 程控制数学模型，既为过程控制级。
4. 生产控制级（L3）：三级，就整个厂的综合管理，主要完成整个厂各机组的 生产计划的管理，生产合同的跟踪，中间库和成品库管理等。
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1 工业以太网概述
以太网的由来 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网
的核心思想是使用共享的公共传输信道，这个思想源于夏威 夷大学。
1980 年DEC( digital equipment corporation) 、Intel 和Xerox 三大公司发布了DIX版以太网1.0 规范,其传输速度 为10Mb/S ,所支持的唯一物理介质为粗同轴电缆。1982 年, 发布了DIX2.0 版, 这就是通常所说的Ethernet Ⅱ。与DIX同 步的是IEEE 成立的至今闻名的802.3 委员会。1985 年，IEEE 802.3 委员会发布了CSMA/ CD 访问方法和物理层规范。尽 管其帧的定义与DIX2.0不尽相同，但是现在更多的人认为它 就是以太网。
PROFINET总线技术基础ppt
三、硬件电路
四、组态过程 ➢ 第一步组态I/O控制器。 ➢ 第二步组态PROFINET IO网络。 ➢ 第三步组态I/O设备。
三、通信通道模型 IT应用 HTTP
SNMP DHCP
PROFINET应用 标准数据 实时数据
TCP/IP RTC1/RTC2/RTC3
Ethernet SRT
IRT
➢ IT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。 ➢ 实时SRT用于高性能的数据通信。 ➢ 等时通信IRT用于抖动时间小于1us的等时模式。 ➢ RTC1适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自
组态I/O控制器
双击
组态PROFINET IO网络
更改网络名称
分配IP地址
双击
更名
单击 单击
单击
组态PROFINET IO网络
组态I/O设备
选中
选中后双击 选中并拖 拽到线上
组态I/O设备 单击
更改设 备名称
双击 单击后更 改IP地址
五、程序编写
端口分配
输入装置 SB11 SB12 SB21 SB22
3. 可以通过Internet对企业生产进行远程监控。实现 办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，实现 企业管控一体化。
4. 抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。
5. 快速的网络故障定位与诊断。
三、传输介质和连接器 目前采用多芯双绞线作为短距离信息传输，无线作
为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。
通信速率略低于PROFINET IO。
EPON_及工业以太网技术在配电通信网中的运用
Telecom Power Technology通信网络技术 2023年11月25日第40卷第22期201 Telecom Power TechnologyNov. 25, 2023, Vol.40 No.22张 超，等：EPON 及工业以太网技术在配电通信网中的运用可以很好地交换数据信息。
另外，工业以太网是控制技术和网络技术发展的一个重要产物，不仅成本较低，还可以实现多介质传输，传输速度也相对较高，在组网方面具有良好的便利性，在工业领域中有着广泛的应用[4]。
2 配电通信网的现状配电通信网主要是以一次网架和设备为基础，综合利用计算机信息和通信技术等内容，并且通过与相关系统进行集成，实现对配电网的监控、控制和故障处理隔离等。
同时，配电通信网主要由配电自动化主站、子站、终端以及配套通信网等方面组成，具体如图1所示。
配电通信网主要以通信线路设施和通信设备为主，可以很好地实现配电终端仪配电主站之间的连接，交互各项数据和信息，并且具有多业务承载、信息传输、网络系统管理等特点[5]。
设备（资产）运维精益管理系统营销业务系统调度自动化系统电网GIS 平台FTU 柱上开关DTU 开关站终端通信接入网终端通信接入网DTU 环网柜FTU 柱上开关DTU 开关站DTU环网柜配电网规划管理设计平台信息交换总线（管理信息大区）信息交换总线（生产控制大区）正反向物理隔离数据中心配电自动化系统骨干通信网（四级）子站（可选）主站加密认证…………企业服务总结图1 配电通信网3 EPON 在配电通信网中的运用要点为更好地将EPON 和工业以太网技术应用于配电通信网，以某核心城区的配电通信网为例，分别对EPON 工业以太网技术进行分析和研究。
同时，本核心区域只有ABC 类供电区域，面积为100 km 2，现有10 kV 电缆一共7 656 条，总长度为2 785 km ，各类配电终端超过7 000个，所有线路为三遥站点。
如果配电通信网以单辐射接线方式为主，那么EPON 技术在应用期间，可以采用单联路结构[6]。
TCP-IP总线与CAN总线优缺点对比
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) 。
DCSFCS工业以太网之间的区别和联系
DCSFCS工业以太网之间的区别和联系工业以太网是现代工业领域中应用广泛的一种网络通信技术，而DCSFCS（Data Center Switch Fabric and Converged Storage）则是数据中心网络中的关键技术。
本文将探讨DCSFCS工业以太网之间的区别和联系。
一、DCSFCS和工业以太网的基本概念DCSFCS是数据中心网络中的核心技术，它提供高带宽、低时延的数据通信，用于实现数据中心内服务器之间的高速互联。
而工业以太网则是用于工业自动化领域中的一种通信网络，它可以连接各种工业设备，实现实时控制和数据采集。
二、DCSFCS和工业以太网的通信特性比较1. 带宽要求：DCSFCS：数据中心内的服务器对通信带宽要求较高，以满足大量数据的传输和处理需求。
工业以太网：工业领域通常对通信带宽的要求较低，因为工业设备的数据传输相对较少。
2. 时延要求：DCSFCS：数据中心内的通信需要实现低时延，以保证数据的及时传输和处理。
工业以太网：工业自动化过程通常对通信时延要求较宽松，因为一些控制指令的响应时间可以接受较高的延迟。
3. 可靠性要求：DCSFCS：数据中心的通信需要很高的可靠性，以保证数据传输过程中不出现错误或丢失的情况。
工业以太网：工业领域对通信可靠性的要求较高，以保证工业设备的正常运行和数据的准确采集。
4. 网络拓扑结构：DCSFCS：数据中心网络通常采用多层结构，包括核心层、汇聚层和接入层，以实现高可靠性和高性能的数据通信。
工业以太网：工业自动化网络通常采用总线型或星型拓扑结构，用于连接各个工业设备。
三、DCSFCS和工业以太网的应用领域比较1. 应用范围：DCSFCS：主要应用于数据中心网络中，用于实现服务器之间的高速互联和大规模数据的传输。
工业以太网：主要应用于工业自动化领域，用于连接各种工业设备和实现实时控制。
2. 应用场景：DCSFCS：常见的应用场景包括云计算、大数据处理、虚拟化等领域，旨在提高数据中心的性能和可扩展性。
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工业以太网的应用特点
1.实时性高：工业控制系统通常需要高实时性以满足对工业过程的及
时监控和控制要求。
工业以太网通过采用实时协议和通信机制，支持实时
数据传输，能够满足工业系统对实时性的要求。
2.可靠性强：工业自动化领域对通信系统的可靠性要求较高，一旦通
信中断可能导致严重的生产事故。
工业以太网通过采用冗余机制和错误检测、纠错技术，提高了通信系统的可靠性，降低了故障率。
3.网络拓扑灵活：工业以太网支持多种网络拓扑结构，如星型、环型、总线型等，可以根据不同的应用场景和需求选择合适的拓扑结构。
此外，
还可以通过网络设备的互联或者切换实现扩展和隔离，提高系统的可扩展
性和可维护性。
4.网络管理便捷：工业以太网采用标准的以太网协议和设备，支持网
络管理协议和工具，如SNMP、LLDP、VLAN等，方便进行网络配置、监控
和故障排除。
此外，还可以通过网络管理系统对网络设备进行集中管理，
提高系统的可管理性和可维护性。
5.网络安全性能优越：工业自动化系统通常需要具备较高的网络安全
性能，以防止网络攻击对工业过程造成破坏。
工业以太网通过采用安全认
证机制、数据加密技术和网络隔离技术，提供了较高的网络安全性能，能
够保护工业控制系统的安全。
6.支持大规模系统：工业自动化系统通常需要支持大规模的设备和节点，工业以太网通过支持广域网技术和网络扩展技术，能够实现多个设备
和节点的互联，支持大规模系统的构建和管理。
7.灵活性和可扩展性：工业以太网具有良好的灵活性和可扩展性，通过软件定义网络（SDN）技术和网络虚拟化技术，可以实现网络资源的灵活配置和扩展，支持不同应用场景和需求的变化。
总而言之，工业以太网通过在工业自动化系统中应用以太网技术，提供了高实时性、可靠性强、网络拓扑灵活、网络管理便捷、网络安全性能优越、支持大规模系统等特点，为工业自动化领域的数据传输和通信提供了一种可靠、高效、安全的解决方案。