工业以太网主要标准实用指南

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-17 工业以太网与相关现场总线协议的应用定位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。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。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的不同。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一目了然，如图1-17所示。

图1-17 工业以太网与相关现场总线协议的应用定位

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FF、ODVA和Profibus International（PI）这3大国际性工业通信组织，合力支持OPC基金会的DX工作组正在制订的规范。由于它们各有不同的侧重点，无法也不会愿意寻求统一的协议。折中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。

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。(www.chuimin.cn)

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1-5。

表1-5 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/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，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，牵涉到仪表的以下性能：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）、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速率为1 Mbit/s，远低于以太网的传输速率。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实用指南

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