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工业以太网

工业以太网的4个竞争者

一条游鱼
一条游鱼

2008-01-07

  1、Modbus-IDA工业以太网

  IDA(Interface for Distributed Automation)组织是由法国Schneider等多家公司联合成立的。该组织提出了一套基于Ethernet TCP/IP和Web的用于分布式自动化的接口标准。Modbus协议原为美国Modicon公司PLC产品通信协议,由于其使用十分广泛,后来由Modbus组织于2002年发展为Modbus TCP/IP规范。为了提高竞争力,上述两大组织于2003年10月宣布合并。

  Modbus TCP/IP基本上用简单方式将Modbus帧嵌入TCP帧,是一种面向连接的传送,它需要响应。在TCP帧中使用开放的Modbus提供了一种系统规模可伸缩的方案,由10个节点到100个网络节点。Modbus-IDA工业以太网系统是分级分布式系统结构,管理级采用以太网TCP/IP标准,完成用户各种管理功能;控制级包括PLC、IPC、分布式I/O、人机界面、电机速度控制器和网关等,采用Modbus TCP/IP协议,完成各种控制功能;现场级可采用基于Modbus协议或Ethernet协议的各类设备和I/O装置;嵌入式Web服务器使用标准的Internet浏览器就可以读取各类信息和修改配置等。

  图1 Modbus-IDA 工业以太网系统结构

  2、Ethernet/IP工业以太网
  Ethernet/IP工业以太网是由Control Net国际组织开发的,它是以太网的工业协议(Industrial Protocol)。该标准协议于1998年年初发表。

  Ethernet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网络,它使用有源星形拓扑结构,可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP之上附加了控制和信息协议(CIP),提供一个公共的应用层。CIP的控制部分用于实时I/O报文,其信息部分用于报文交换。Control Net和Ethernet/IP都使用该协议通信,分享相同的对象库、对象和设备行规,使得多个供应商的装置能在上述整个网络中实现即插即用。对象的定义是严格的,在同一种网络上支持实时报文、组态和诊断。为了提高工业以太网的实时性能,ODVA(开放的Devicenet供应商协会)于2003年8月公布了IEEE1588“用于Ethernet/IP实时控制应用的时钟同步”标准。

图2 Ethernet/IP 工业以太网系统结构

  3、FF HSE工业以太网
  1998年,美国Fieldbus Foundation(FF)基金会决定采用高速以太网(High Speed Ethernet, HSE)作为控制级以上通信网络的H2主干网,FF HSE总线可以使用当前流行的商用(COTS)以太网设备。100Mbps以太网拓扑采用交换机形成星形连接,这种交换机具有防火墙功能,以阻断特殊类型的信息出入网络。HSE使用标准的IEEE802.3信号传输、标准的Ethernet接线和通信媒体。设备与交换机之间距离,使用双绞线为100m,光缆可达2 km。HSE使用连接装置(LD)连接H1子系统。LD执行网桥功能,它容许就地连在H1网络的各现场设备上,以完成点对点的对等通信。HSE支持冗余通信,网络上的任何设备都能作冗余配置。

图3 FF HSE 工业以太网系统结构

  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)。FF规范21种功能模块供基本的和先进的过程控制使用。FF还规定了新的柔性功能模块(FFB),用以进行复杂的批处理和混合控制应用。FFB支持数据采集的监控、子系统接口、事件顺序、多路数据采集、PLC以及与其它协议通信的网间连接器。

  4、PROFINET 工业以太网
  PNO组织于2001年8月发表了PROFInet规范。PROFInet将工厂自动化和企业信息管理层IT技术有机地融为一体,同时又保留了Profibus现有的开放性。
  PROFINET支持面向连接的通信,这种通信建立在普遍使用的Ethernet TCP/IP基础上,优化的通信机制还可以满足实时通信的要求。基于对象应用的DCOM通信协议是通过该协议标准建立的。以对象的形式表示的PROFInet组件根据对象协议交换其自动化数据。自动化对象即COM对象作为PDU以DCOM协议定义的形式出现在通信总线上。连接对象活动控制(ACCO)确保已组态的互相连接的设备间通信关系的建立和数据交换。传输本身是由事件控制的,ACCO也负责故障后的恢复,包括质量代码和时间标记的传输、连接的监视、连接丢失后的再建立以及相互连接性的测试和诊断。
  PROFInet提供工程设计工具和制造商专用的编程和组态软件,使用这种工具可以从控制器编程软件开发的设备来创建基于COM的自动化对象。这种工具也将用于组态基于PROFI net的自动化系统,使用这种独立于制造商的对象和连接编辑器可减少15%的开发时间。

图4 PROFInet 工业以太网系统结构

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