工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相關(guān)問(wèn)題淺析

三、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

當(dāng)以太網(wǎng)用于信息技術(shù)時(shí)，應(yīng)用層包括HT-TP、FTP、SNMP等常用協(xié)議，但當(dāng)它用于工業(yè)控制時(shí)，體現(xiàn)在應(yīng)用層的是實(shí)時(shí)通信、用于系統(tǒng)組態(tài)的對(duì)象以及工程模型的應(yīng)用協(xié)議，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議，但受到廣泛支持并已經(jīng)開(kāi)發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品的有以下凡種主要協(xié)議。

(一)HSE

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF于2000年發(fā)布Ethernet規(guī)范，稱HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太網(wǎng)協(xié)議IEEE802.3，TCP/IP協(xié)議族與FFIll的結(jié)合體。FF現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)明確將HSE定位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng) 絡(luò)與Internet的集成。

HSE技術(shù)的一個(gè)核心部分就是鏈接設(shè)備，它是HSE體系結(jié)構(gòu)將Hl(31.25kb/s)設(shè)備連接 100Mb/s的HSE主干網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，同時(shí)也具有網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)的功能。網(wǎng)橋功能能夠用于連接多個(gè)H1總線網(wǎng)段，使同H1網(wǎng)段上的H1設(shè)備之間能夠進(jìn) 行對(duì)等通信而無(wú)需主機(jī)系統(tǒng)的干涉;

網(wǎng)關(guān)功能允許將HSE網(wǎng)絡(luò)連接到其他的工廠控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)，HSE鏈接設(shè)備不需要為H1子系統(tǒng)作報(bào)文解釋，而是將來(lái)自H1總線網(wǎng)段的報(bào)文數(shù)據(jù)集合起來(lái)并且將Hl地址轉(zhuǎn)化為IP地址。

(二)Modbus TCP/IP

該協(xié)議由施耐德公司推出，以一種非常簡(jiǎn)單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網(wǎng)和TCP/IP結(jié)合，成為Modbus TCP/IP。這是一種面向連接的方式，每一個(gè)呼叫都要求一個(gè)應(yīng)答，這種呼叫/應(yīng)答的機(jī)制與Modbus的主/從機(jī)制相互配合，使交換式以太網(wǎng)具有很高的 確定性，利用TCP/IP協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式可以使用戶界面更加友好。

利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器便查看企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行情況。施耐德公司已經(jīng)為Mod-bus注冊(cè)了502端口，這樣就可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)嵌人到網(wǎng)頁(yè)中，通過(guò)在設(shè)備中嵌入Web服務(wù)器，就可以將Web瀏覽器作為設(shè)備的操作終端。

(三)ProflNet

針對(duì)工業(yè)應(yīng)用需求，德國(guó)西門子于2001年發(fā)布了該協(xié)議，它是將原有的Profibus與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，形成了ProfiNet的網(wǎng)絡(luò)方案，主要包括：

基于組件對(duì)象模型(COM)的分布式自動(dòng)化系統(tǒng);

規(guī)定了ProfiNet現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間的開(kāi)放、透明通信;

提供了一個(gè)獨(dú)立于制造商，包括設(shè)備層和系統(tǒng)層的系統(tǒng)模型。

ProfiNet采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP十以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC/DCOM來(lái)完成節(jié)點(diǎn)間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

現(xiàn)有的Profibus網(wǎng)段可以通過(guò)一個(gè)代理設(shè)備(proxy)連接到ProfiNet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，使整Profibus設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)地在 Pet中使用。傳統(tǒng)的Profibus設(shè)備可通過(guò)代理proxy與ProFiNET上面的COM對(duì)象進(jìn)行通信，并通過(guò)OLE自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn)COM對(duì)象間的 調(diào)用。

(四)Ethernet/IP

Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International兩大工業(yè)組織推出的最新成員與Device Net和Control Net一樣，它們都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，能夠保證網(wǎng)絡(luò)上隱式(控制)的實(shí)時(shí)I/O信息和顯式信息(包括用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等) 的有效傳輸。

Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的應(yīng)用層協(xié)議CIP。因此，它們使用相同的 對(duì)象庫(kù)和一致的行業(yè)規(guī)范，具有較好的一致性。Ethernet/IP采用標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet和TCP/IP技術(shù)傳送CIP通信包，這樣通用且開(kāi)放的應(yīng) 用層協(xié)議CIP加上已經(jīng)被廣泛使用的Ethernet和TCP/IP協(xié)議，就構(gòu)成Ethernet/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。

四、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

(一)應(yīng)用廣泛

以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎所有的編程語(yǔ)言如VisualC++、Java、Visual Basic等都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

(二)成本低廉

以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格較之現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡要便宜得多(約為1/10);另外，以太網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用多年，人們對(duì)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面有很多經(jīng)驗(yàn)，具有相當(dāng)成熟的 技術(shù)。大量的軟件資源和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以顯著降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用，降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和推廣速度。

(三)資源共享能力強(qiáng)

隨著Internet/Intranet的發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到各個(gè)角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯(lián)人互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“控管一體化”，這是其他任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線都無(wú)法比擬的。

(四)通信速率高

目前，10、100Mb/s的快速以太網(wǎng)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用，1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線最高速率只有12Mb/s(如西門子Profibus-DP)。顯然，以太網(wǎng)的速率要高。