本文關(guān)鍵詞：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

1.以太網(wǎng)Ethernet 是LAN的一個(gè)產(chǎn)品

2.很多工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是廣播式網(wǎng)絡(luò)，僅有一條通信信道。--------總線型

3.互聯(lián)網(wǎng)是一種點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，存在多種路徑，如何選擇最優(yōu)路徑特別重要。

4.工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)展

最初CCS(計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng))—DCS(集散控制系統(tǒng))—FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))(現(xiàn)在流行的)---新一代的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)

5.FCS 實(shí)際上是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行，數(shù)字式，多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，也被稱之為現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。

    特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性，可靠性，資料完整性和可用性

為了滿足這些特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議做了簡(jiǎn)化。各大公司都建立了自己的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。IEC組織于1999年投票確定了8大國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，包括CAN bus, PROFIBUS, InterBus, ModBus 等。

FCS綜合了數(shù)字通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，，自動(dòng)控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的模擬數(shù)字通信系統(tǒng)的局限性，構(gòu)成了一種全分散，全數(shù)字化，智能，雙向，互聯(lián)，多變量，多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。FCS的典型結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層，控制層和信息層。

控制網(wǎng)絡(luò)的基本發(fā)展趨勢(shì)是趨向于開(kāi)放性，用透明的通信協(xié)議�，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)出現(xiàn)問(wèn)題的根本原因在于現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性是有條件的，不徹底的，現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多，且互補(bǔ)兼容。正因?yàn)槿绱耍I(yè)以太網(wǎng)得以發(fā)展。

6. 以太網(wǎng)特點(diǎn)：

傳輸速度快，功耗低，易于安裝和兼容性好，并且支持所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，廣泛應(yīng)用于商業(yè)中。

實(shí)時(shí)性：傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用—沖突檢測(cè)載波監(jiān)聽(tīng)多路接入(CSMA/CD)介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，對(duì)相應(yīng)時(shí)間要求嚴(yán)格的控制過(guò)程會(huì)產(chǎn)生沖突。近年來(lái)出現(xiàn)了-----快速交換式以太網(wǎng)，采用全雙工通信，可以完全避免這個(gè)缺點(diǎn)。

透明的TCP/IP

應(yīng)用TCP/IP的以太網(wǎng)已成為最流行的分組交換局域網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)也是最具開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)。使得工廠的管理可以深入到控制現(xiàn)場(chǎng)，是企業(yè)內(nèi)網(wǎng)延伸到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)。可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)試和設(shè)備故障檢測(cè)。具有TCP/IP接口的設(shè)備，可以無(wú)需通過(guò)計(jì)算機(jī)直接連接互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或者遠(yuǎn)程維修功能。

資源共享

以太網(wǎng)架構(gòu)無(wú)論是硬件還是軟件斗魚(yú)市場(chǎng)主流想通，很容易達(dá)到資源共享，降低成本。

7.  工業(yè)以太網(wǎng)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但是目前存在很多的問(wèn)題需要解決，并非每種現(xiàn)場(chǎng)總線都會(huì)被以太網(wǎng)替代，最有可能發(fā)展成為一種混合式的控制系統(tǒng)�，F(xiàn)場(chǎng)總線與工控以太網(wǎng)互為補(bǔ)充，長(zhǎng)期共存。

    工業(yè)以太網(wǎng)指在以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)/也可稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線，速率可達(dá)到10Gbits/s，（2002年公布的）

    工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議有多種，目前比較有影響的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線高速以太網(wǎng)(FFHSE), Ethernet/IP, PROFINET, MODBUS/FCP（光纖頻道協(xié)議），分布式自動(dòng)化Ethernet等，本質(zhì)上基于以太網(wǎng)技術(shù)(IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))。

8.工業(yè)企業(yè)網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

  工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，屬于工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的中下層。企業(yè)信息網(wǎng)屬于工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的上層。

9.現(xiàn)場(chǎng)總線

   是一種互聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向串行數(shù)字通信協(xié)議。也就是現(xiàn)場(chǎng)總線是控制系統(tǒng)中低層的通信網(wǎng)絡(luò)，具有雙向數(shù)字傳輸功能，控制系統(tǒng)中允許只能現(xiàn)場(chǎng)裝置全數(shù)字化，多變量，雙向，多節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)一條物理媒體互交換信息。

     現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的（ISO）開(kāi)放的系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型。

     可采用簡(jiǎn)單連接的雙絞線，同軸電纜，光前，射頻，紅外線，電力線等作為總線，按照公開(kāi)，規(guī)范的通信協(xié)議在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微處理機(jī)設(shè)備之間，現(xiàn)場(chǎng)儀表以及監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信。

     現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采用智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將原先處于控制室的控制模塊，各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，加行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信能力，使得控制系統(tǒng)的功能能夠不依賴于控制室計(jì)算機(jī)和控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。

     現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由控制系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)，管理系統(tǒng)三部分組成。傳輸速率要求在幾kbit/s~10Mbits/s。

     智能設(shè)備即一臺(tái)單獨(dú)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有自動(dòng)控制的基本功能，可以隨時(shí)診斷自己的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)功能自治。

下面介紹3種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線

9. PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線

   由三部分PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA, PROFIBUS-FMS組成。分別應(yīng)用于不同的通信模塊。

  PROFIBUS-DP: 用于實(shí)現(xiàn)與分布式I/O進(jìn)行高速通信

  PROFIBUS-PA：用于執(zhí)行規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特性的PA，可提供總線供電。

   PROFIBUS-FMS：設(shè)備用于現(xiàn)場(chǎng)通用通信任務(wù)的FMS接口，主主通信，基本已經(jīng)被工業(yè)以太網(wǎng)取代了其功能。

  PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

包括DP,PA,FMS,FDL,S7等多種。

I/O接口模塊ET200 是PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的從站系統(tǒng)。

10. FF總線------WorldFIP協(xié)議

FF采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的OSI模型，主要包括三部分：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層（通信棧），應(yīng)用層。以及未定義的用戶層，供用戶自己定義開(kāi)發(fā)。

數(shù)據(jù)服務(wù)模型

    客戶/服務(wù)器，發(fā)布/接收，報(bào)告分發(fā)器。

11. LonWorks-----LonTalk協(xié)議（開(kāi)放式通信協(xié)議）

      LonTalk協(xié)議最大的特點(diǎn)是對(duì)OSI的7層協(xié)議的支持，是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

     LonTalk協(xié)議被埃施朗公司固化在了神經(jīng)元芯片中。LonTalk技術(shù)中所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的操作時(shí)機(jī)上都是通過(guò)它來(lái)完成。

     主要的優(yōu)點(diǎn)：

     擁有三個(gè)處理單元的神經(jīng)元芯片，一個(gè)用于鏈路層的控制，一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)層的控制，另一個(gè)用于用戶的應(yīng)用程序，還包含11個(gè)I/O接口，這樣，在一個(gè)神經(jīng)元芯片上就能完成網(wǎng)絡(luò)通信和控制的功能。

     支持多種通信介質(zhì)和他們的互聯(lián)。

     網(wǎng)絡(luò)變量由于每一個(gè)神經(jīng)元芯片在出廠時(shí)都已經(jīng)固化爐一個(gè)48位的全球唯一的ID號(hào)碼，網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)。

     提供給用戶一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試設(shè)備，協(xié)議分析，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言NeuronC等

     技術(shù)參數(shù)

         通信每幀有效字節(jié)數(shù)可以為0~228B，速度可達(dá)1.25Mbits/s，有效距離130m.測(cè)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可達(dá)32000個(gè)。直接通信距離可達(dá)2700m。

     LonWork目前應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域較為成熟，也涉及到了工業(yè)，通信和交通等方面。

12. 自動(dòng)化技術(shù)從單片機(jī)控制發(fā)展到工廠自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化

13. 工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

TP,ITP，光纖同軸電纜。常用的鏈接方式為ITP加ELM（電氣連接模塊）。

工業(yè)以太網(wǎng)遇到的問(wèn)題：

   工業(yè)以太網(wǎng)采用了CMSA/CD載波監(jiān)聽(tīng)/沖突檢測(cè)的控制協(xié)議，使其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性不能得到保證，有很大的局限性。

PROFIBUS 采用令牌總線的控制協(xié)議，其令牌循環(huán)的時(shí)間固定能保證一定的實(shí)時(shí)性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)較多是網(wǎng)絡(luò)帶寬受到限制。

  由于以上原因，基于PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)之上的PROFINET, HSE, Ethernet/IP, Modbus TCP, EPA 等有影響力的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

14. 工業(yè)以太網(wǎng)---實(shí)時(shí)性可以與總線相媲美

目前有兩者主要的發(fā)展方向：

1． 直接采用不同以太網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)E網(wǎng)到底，使控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)需經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換可直接連接至互聯(lián)網(wǎng)，是測(cè)控節(jié)點(diǎn)有條件成為互聯(lián)網(wǎng)上的一員。

2． 對(duì)于時(shí)間，環(huán)境，同步性能等有嚴(yán)格要求，需開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)性的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。

工業(yè)以太網(wǎng)的最終實(shí)現(xiàn)是，控制網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)設(shè)備將成為以太網(wǎng)中的一員。

實(shí)時(shí)以太網(wǎng)機(jī)制：

 數(shù)據(jù)通信有標(biāo)準(zhǔn)通道和實(shí)時(shí)通道之分。其中標(biāo)準(zhǔn)通道按不同以太網(wǎng)平等競(jìng)爭(zhēng)的方式傳輸數(shù)據(jù)幀，主要用于輸出沒(méi)有實(shí)時(shí)性要求的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。有實(shí)時(shí)性要求的數(shù)據(jù)則通過(guò)實(shí)時(shí)通道傳輸。

實(shí)時(shí)機(jī)制分為硬件和軟件兩種方案：

 硬件實(shí)時(shí)機(jī)制需要有特殊的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信控制器的支持，例如PROFINET, EtherCAT, Ethernet powerLink 等的通信參考模型在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層就已經(jīng)有別于傳統(tǒng)的普通以太網(wǎng)。

 軟件實(shí)時(shí)機(jī)制在底層沿用普通以太網(wǎng)通信控制器的支持，借助上層調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功能，例如EtherNet/IP， Modbus-RTPS 等采用了特殊的應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的功能。

介質(zhì)訪問(wèn)控制：RT-CSMA/CD和確定性分時(shí)調(diào)度

實(shí)時(shí)以太網(wǎng)需要滿足兩方面的需求：

1.    實(shí)時(shí)性通信需求

2.    一定程度上兼容普通以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式，實(shí)現(xiàn)有實(shí)時(shí)和沒(méi)實(shí)時(shí)性的通信節(jié)點(diǎn)可以共存同一網(wǎng)絡(luò)。

  本文關(guān)鍵詞：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。