原创 | 工业以太网的“前身今世”

• 关键词：工业以太网,Modbus TCP/IP,Profinet
• 摘要：近些年来，随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。

摘要

     近些年来，随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通讯协议是必然的要求。工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富等特点，已成为最受欢迎的通信网络之一。因此，将以太网技术引入工业控制领域，是当今时代的大趋势，也是工业以太网的宿命。

     工业以太网（Industrial Internet）顾名思义就是工业上所应用的网络，工业以太网是基于基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络，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。

     工业以太网由于其固有的可靠性、高性能和互操作性，已经渗透到工厂车间，成为自动化和控制系统的的首选通信协议。为了满足工业环境需要，工业以太网本质上使用封装在以太网协议中的特殊工业协议，以确保在需要执行特定操作的时间和位置发送和接收正确信息。工业数据通信发生在路由层、控制层和传感器层——每一层都需要不同级别的实时信息传输、冲突检测和决策(本质上预先确定任意两个节点之间的路由)。虽然有好几种工业以太网协议可以支持工厂的各种通信要求，但有四个主要协议值得关注分别是----Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet。

     Modbus TCP/IP是由施耐德首个推出的工业以太网协议，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的 确定性，利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好。但是它利用简单的主从通信，其中“从”节点在没有来自“主”节点的请求的情况下不会发送数据，因此其不被视为真正的实时协议。

     Profinet针对工业应用需求，德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案。ProfiNet采用标准TCP/IP以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到ProfiNet网络当中，使Profibus设备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象间的调用。

     EtherCAT于2003年推出，是一种工业以太网协议，可为自动化系统提供主/从配置的实时通信。EtherCAT的关键要素是所有联网从机都能够从数据包中仅提取所需的相关信息，并在向下游传输时将数据插入帧中——通常称为“飞速”通信。

     Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International两大工业组织推出的最新成员与Device Net和Control Net一样，它们都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)协议的网络。它是一种是面向对象的协议，能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等) 的有效传输。

     工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网，因此工业以太网的优势主要是1.应用广泛2.通信速率高3.资源共享能力强4.可持续发展潜力大。所以工业以太网在工业领域中的地位非同寻常，也值得我们去认真学习。