工业以太网主要标准-现场总线与工业以太网及其应用技术

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：看来，它成为过程控制领域中唯一的工业以太网标准已成定局。图1-15 工业以太网与相关现场总线协议的应用定位看起来，INONA和OPC基金会一直在试图缓和和调节这场潜在的标准之争。但这场工业以太网协议之争，并未因此停息。它属于设备层中的工业以太网协议，目前在Modicon的PLC中用得很多。目前以太网收发器的功耗较大，一般均在60mA以上。可见，目前基于以太网的现场仪表尚不能完全满足上述要求。

工业以太网是按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议，使以太网和TCP/IP技术真正能应用到控制层，延伸至现场层，而在信息层又尽可能采用IT行业一切有效而又最新的成果。因此，工业以太网与以太网在工业中的应用全然不是同一个概念。

目前，4种主要的工业以太网除了在物理层和数据链路层都服从IEEE 802.3外，在应用层和用户层协议均无共同之处。这主要是因为它们的应用领域和发展背景不同。如果把应用领域分为离散制造控制和连续过程控制，而又把网络细分为设备层、I/O层、控制层和监控层，那么各种工业以太网及其相关现场总线的应用定位就一目了然，如图1-15所示。其中，主要用于离散制造领域且最有影响的，当推Modbus TCP/IP、EtherNet/IP、IDA和PROFInet。在全球PLC市场居领先地位的Siemens不遗余力地推动PROFInet/PROFIBUS组合；Rockwell Automation和Omron以及其他一些公司致力于推进EtherNet/IP及其姐妹网络——基于CIP的DeviceNet和ControlNet；Schneider则加强它与IDA的联盟。而在过程控制领域只有FF HSE一家。看来，它成为过程控制领域中唯一的工业以太网标准已成定局。在监控级，OPC DX可作为EtherNet/IP、FF HSE和PROFInet数据交换的“软件网桥”。现场总线基金会、ODVA和PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）这三大国际性工业通信组织，合力支持OPC（OLE for Process Control）基金会的DX工作组制定的规范。由于它们各有不同的侧重点，无法、也不愿意寻求统一的协议。折衷的办法就是宣布支持OPC DX，找到一种进行有效的数据交换的中间工具——软件网桥。

图1-15 工业以太网与相关现场总线协议的应用定位

看起来，INONA（工业自动化联网联盟）和OPC基金会一直在试图缓和和调节这场潜在的标准之争。但这场工业以太网协议之争，并未因此停息。这就是有些人所说的工业以太网大战取代了现场总线大战。不同的是，当年现场总线之争的焦点集中在物理层和数据链路层；而当前工业以太网最大的差异，即竞争的焦点却集中在应用层和用户层。

此外，还有一个显著的特点是，一般工业以太网都有与之互补的设备层现场总线，见表1-4。(www.chuimin.cn)

表1-4 工业以太网和与其互补的设备层现场总线

其中最为简单、实用的是Modbus TCP/IP。它除了在物理层和数据链路层用以太网标准，与Modbus采用RS-232C、RS-422和RS-485不同外，在应用层二者基本是一致的，都使用一样的功能代码。它属于设备层中的工业以太网协议，目前在Modicon的PLC中用得很多。同时，由于大多数工业以太网的竞争者都有与之互补的设备层网络，而IDA是后来的参与者，没有适合的设备层协议，所以它增加了一个与Modbus TCP/IP的接口，在其网络结构中采用Modbus TCP/IP作为设备层。

具有大型自动化设备公司背景的工业以太网，无例外地在控制级使用，现场级仍然采用现场总线。原因是什么？有人说是在保护自己的投资利益，这也许没错。但是，如果从过程控制对现场仪表的要求来看却不难发现，以太网要用到现场层目前还存在一些技术壁垒。这主要是回路供电、低功耗、实时性、本安防爆、电磁兼容性和环境适应性。这也许是更实际的一些技术原因。低功耗是用于过程控制现场设备层仪表的关键技术，涉及仪表的以下性能：回路供电（传输距离、现场总线分支可挂仪表数量、导线截面大小）；本安防爆；电磁敏感性。目前以太网收发器的功耗较大，一般均在60mA以上。现场设备（如工业以太网的交换式集线器）以及基于以太网的现场仪表的低功耗设计难以实现。而获得本安防爆的最高传输频率为1Mbit/s，远低于以太网的传输频率。可见，目前基于以太网的现场仪表尚不能完全满足上述要求。从成本上说，基于以太网的现场仪表若满足上述要求，不比现场总线仪表便宜。

工业以太网主要标准-现场总线与工业以太网及其应用技术

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