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

1.以太網(wǎng)Ethernet 是LAN的一個產品

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

3.互聯(lián)網(wǎng)是一種點到點的網(wǎng)絡，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)的結構發(fā)展

最初CCS(計算機集中控制系統(tǒng))—DCS(集散控制系統(tǒng))—FCS(現(xiàn)場總線控制系統(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 實際上是連接現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備的雙向串行，數(shù)字式，多點通信網(wǎng)絡，也被稱之為現(xiàn)場底層設備控制網(wǎng)絡。

    特點：實時性，可靠性，資料完整性和可用性

為了滿足這些特點，現(xiàn)場總線對網(wǎng)絡通信協(xié)議做了簡化。各大公司都建立了自己的現(xiàn)場總線協(xié)議標準。IEC組織于1999年投票確定了8大國際現(xiàn)場總線標準，包括CAN bus, PROFIBUS, InterBus, ModBus 等。

FCS綜合了數(shù)字通信技術，計算機技術，，自動控制技術，網(wǎng)絡技術和智能儀表等多種技術手段，從根本上突破了傳統(tǒng)點對點式的模擬數(shù)字通信系統(tǒng)的局限性，構成了一種全分散，全數(shù)字化，智能，雙向，互聯(lián)，多變量，多接點的通信與控制系統(tǒng)。FCS的典型結構分為設備層，控制層和信息層。

控制網(wǎng)絡的基本發(fā)展趨勢是趨向于開放性，用透明的通信協(xié)議。現(xiàn)場總線技術出現(xiàn)問題的根本原因在于現(xiàn)場總線的開放性是有條件的，不徹底的，現(xiàn)場總線種類繁多，且互補兼容。正因為如此，工業(yè)以太網(wǎng)得以發(fā)展。

6. 以太網(wǎng)特點：

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)絡協(xié)議，廣泛應用于商業(yè)中。

實時性：傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用—沖突檢測載波監(jiān)聽多路接入(CSMA/CD)介質訪問控制協(xié)議，對相應時間要求嚴格的控制過程會產生沖突。近年來出現(xiàn)了-----快速交換式以太網(wǎng)，采用全雙工通信，可以完全避免這個缺點。

透明的TCP/IP

應用TCP/IP的以太網(wǎng)已成為最流行的分組交換局域網(wǎng)技術，同時也是最具開放性的網(wǎng)絡。使得工廠的管理可以深入到控制現(xiàn)場，是企業(yè)內網(wǎng)延伸到現(xiàn)場設備的基礎�？梢酝ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)生產過程的遠程監(jiān)控，系統(tǒng)遠程調試和設備故障檢測。具有TCP/IP接口的設備，可以無需通過計算機直接連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控或者遠程維修功能。

資源共享

以太網(wǎng)架構無論是硬件還是軟件斗魚市場主流想通，很容易達到資源共享，降低成本。

7.  工業(yè)以太網(wǎng)是未來的發(fā)展趨勢，但是目前存在很多的問題需要解決，并非每種現(xiàn)場總線都會被以太網(wǎng)替代，最有可能發(fā)展成為一種混合式的控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線與工控以太網(wǎng)互為補充，長期共存。

    工業(yè)以太網(wǎng)指在以太網(wǎng)和TCP/IP技術的基礎上開發(fā)出來的一種工業(yè)網(wǎng)絡/也可稱之為現(xiàn)場總線，速率可達到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現(xiàn)場總線高速以太網(wǎng)(FFHSE), Ethernet/IP, PROFINET, MODBUS/FCP（光纖頻道協(xié)議），分布式自動化Ethernet等，本質上基于以太網(wǎng)技術(IEEE802.3標準)。

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

  工業(yè)控制網(wǎng)絡是工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的一個重要組成部分，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)場總線

   是一種互聯(lián)現(xiàn)場自動化設備及其控制系統(tǒng)的雙向串行數(shù)字通信協(xié)議。也就是現(xiàn)場總線是控制系統(tǒng)中低層的通信網(wǎng)絡，具有雙向數(shù)字傳輸功能，控制系統(tǒng)中允許只能現(xiàn)場裝置全數(shù)字化，多變量，雙向，多節(jié)點，并通過一條物理媒體互交換信息。

     現(xiàn)場總線的結構遵循國際標準化組織的（ISO）開放的系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型。

     可采用簡單連接的雙絞線，同軸電纜，光前，射頻，紅外線，電力線等作為總線，按照公開，規(guī)范的通信協(xié)議在位于現(xiàn)場的多個微處理機設備之間，現(xiàn)場儀表以及監(jiān)控計算機之間進行通信。

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

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

     智能設備即一臺單獨的現(xiàn)場設備具有自動控制的基本功能，可以隨時診斷自己的運行狀況，實時實現(xiàn)功能自治。

下面介紹3種典型的現(xiàn)場總線

9. PROFIBUS現(xiàn)場總線

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

  PROFIBUS-DP: 用于實現(xiàn)與分布式I/O進行高速通信

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

   PROFIBUS-FMS：設備用于現(xiàn)場通用通信任務的FMS接口，主主通信，基本已經被工業(yè)以太網(wǎng)取代了其功能。

  PROFIBUS網(wǎng)絡協(xié)議

包括DP,PA,FMS,FDL,S7等多種。

I/O接口模塊ET200 是PROFIBUS 網(wǎng)絡系統(tǒng)應用最廣泛的從站系統(tǒng)。

10. FF總線------WorldFIP協(xié)議

FF采用國際標準的OSI模型，主要包括三部分：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層（通信棧），應用層。以及未定義的用戶層，供用戶自己定義開發(fā)。

數(shù)據(jù)服務模型

    客戶/服務器，發(fā)布/接收，報告分發(fā)器。

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

      LonTalk協(xié)議最大的特點是對OSI的7層協(xié)議的支持，是直接面向對象的網(wǎng)絡協(xié)議。

     LonTalk協(xié)議被埃施朗公司固化在了神經元芯片中。LonTalk技術中所有關于網(wǎng)絡的操作時機上都是通過它來完成。

     主要的優(yōu)點：

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

     支持多種通信介質和他們的互聯(lián)。

     網(wǎng)絡變量由于每一個神經元芯片在出廠時都已經固化爐一個48位的全球唯一的ID號碼，網(wǎng)絡通信采用面向對象的方法設計。

     提供給用戶一個完整的開發(fā)平臺，包括現(xiàn)場調試設備，協(xié)議分析，網(wǎng)絡開發(fā)語言NeuronC等

     技術參數(shù)

         通信每幀有效字節(jié)數(shù)可以為0~228B，速度可達1.25Mbits/s，有效距離130m.測控網(wǎng)絡節(jié)點可達32000個。直接通信距離可達2700m。

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

12. 自動化技術從單片機控制發(fā)展到工廠自動化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動化

13. 工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸介質

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)遇到的問題：

   工業(yè)以太網(wǎng)采用了CMSA/CD載波監(jiān)聽/沖突檢測的控制協(xié)議，使其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r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)的時間固定能保證一定的實時性。當網(wǎng)絡中節(jié)點較多是網(wǎng)絡帶寬受到限制。

  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)標準。

14. 工業(yè)以太網(wǎng)---實時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，實現(xiàn)E網(wǎng)到底，使控制網(wǎng)絡無需經過網(wǎng)關轉換可直接連接至互聯(lián)網(wǎng)，是測控節(jié)點有條件成為互聯(lián)網(wǎng)上的一員。

2． 對于時間，環(huán)境，同步性能等有嚴格要求，需開發(fā)出實時性的工業(yè)以太網(wǎng)技術。

工業(yè)以太網(wǎng)的最終實現(xiàn)是，控制網(wǎng)絡中的每一臺設備將成為以太網(wǎng)中的一員。

實時以太網(wǎng)機制：

 數(shù)據(jù)通信有標準通道和實時通道之分。其中標準通道按不同以太網(wǎng)平等競爭的方式傳輸數(shù)據(jù)幀，主要用于輸出沒有實時性要求的非實時數(shù)據(jù)。有實時性要求的數(shù)據(jù)則通過實時通道傳輸。

實時機制分為硬件和軟件兩種方案：

 硬件實時機制需要有特殊的實時以太網(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)鏈路層就已經有別于傳統(tǒng)的普通以太網(wǎng)。

 軟件實時機制在底層沿用普通以太網(wǎng)通信控制器的支持，借助上層調度軟件實現(xiàn)實時功能，例如EtherNet/IP， Modbus-RTPS 等采用了特殊的應用層協(xié)議實現(xiàn)實時的功能。

介質訪問控制：RT-CSMA/CD和確定性分時調度

實時以太網(wǎng)需要滿足兩方面的需求：

1.    實時性通信需求

2.    一定程度上兼容普通以太網(wǎng)的介質訪問控制方式，實現(xiàn)有實時和沒實時性的通信節(jié)點可以共存同一網(wǎng)絡。

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