工業以太網技術相關問題淺析

三、工業以太網協議

當以太網用于信息技術時，應用層包括HT-TP、FTP、SNMP等常用協議，但當它用于工業控制時，體現在應用層的是實時通信、用于系統組態的對象以及工程模型的應用協議，目前還沒有統一的應用層協議，但受到廣泛支持并已經開發出相應產品的有以下凡種主要協議。

(一)HSE

基金會現場總線FF于2000年發布Ethernet規范，稱HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太網協議IEEE802.3，TCP/IP協議族與FFIll的結合體。FF現場總線基金會明確將HSE定位于實現控制網 絡與Internet的集成。

HSE技術的一個核心部分就是鏈接設備，它是HSE體系結構將Hl(31.25kb/s)設備連接 100Mb/s的HSE主干網的關鍵組成部分，同時也具有網橋和網關的功能。網橋功能能夠用于連接多個H1總線網段，使同H1網段上的H1設備之間能夠進 行對等通信而無需主機系統的干涉;

網關功能允許將HSE網絡連接到其他的工廠控制網絡和信息網絡，HSE鏈接設備不需要為H1子系統作報文解釋，而是將來自H1總線網段的報文數據集合起來并且將Hl地址轉化為IP地址。

(二)Modbus TCP/IP

該協議由施耐德公司推出，以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網和TCP/IP結合，成為Modbus TCP/IP。這是一種面向連接的方式，每一個呼叫都要求一個應答，這種呼叫/應答的機制與Modbus的主/從機制相互配合，使交換式以太網具有很高的 確定性，利用TCP/IP協議，通過網頁的形式可以使用戶界面更加友好。

利用網絡瀏覽器便查看企業網內部設備運行情況。施耐德公司已經為Mod-bus注冊了502端口，這樣就可以將實時數據嵌人到網頁中，通過在設備中嵌入Web服務器，就可以將Web瀏覽器作為設備的操作終端。

(三)ProflNet

針對工業應用需求，德國西門子于2001年發布了該協議，它是將原有的Profibus與互聯網技術結合，形成了ProfiNet的網絡方案，主要包括：

基于組件對象模型(COM)的分布式自動化系統;

規定了ProfiNet現場總線和標準以太網之間的開放、透明通信;

提供了一個獨立于制造商，包括設備層和系統層的系統模型。

ProfiNet采用標準TCP/IP十以太網作為連接介質，采用標準TCP/IP協議加上應用層的RPC/DCOM來完成節點間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統Profibus系統和新型的智能現場設備。

現有的Profibus網段可以通過一個代理設備(proxy)連接到ProfiNet網絡當中，使整Profibus設備和協議能夠原封不動地在 Pet中使用。傳統的Profibus設備可通過代理proxy與ProFiNET上面的COM對象進行通信，并通過OLE自動化接口實現COM對象間的 調用。

(四)Ethernet/IP

Ethernet/IP是適合工業環境應用的協議體系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International兩大工業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)協議的網絡。它是一種是面向對象的協議，能夠保證網絡上隱式(控制)的實時I/O信息和顯式信息(包括用于組態、參數設置、診斷等) 的有效傳輸。

Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的應用層協議CIP。因此，它們使用相同的 對象庫和一致的行業規范，具有較好的一致性。Ethernet/IP采用標準的Ethernet和TCP/IP技術傳送CIP通信包，這樣通用且開放的應 用層協議CIP加上已經被廣泛使用的Ethernet和TCP/IP協議，就構成Ethernet/IP協議的體系結構。

四、工業以太網的優勢

(一)應用廣泛

以太網是應用最廣泛的計算機網絡技術，幾乎所有的編程語言如VisualC++、Java、Visual Basic等都支持以太網的應用開發。

(二)成本低廉

以太網網卡的價格較之現場總線網卡要便宜得多(約為1/10);另外，以太網已經應用多年，人們對以太網的設計、應用等方面有很多經驗，具有相當成熟的 技術。大量的軟件資源和設計經驗可以顯著降低系統的開發和培訓費用，降低系統的整體成本，并大大加快系統的開發和推廣速度。

(三)資源共享能力強

隨著Internet/Intranet的發展，以太網已滲透到各個角落，網絡上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，在聯人互聯網的任何一臺計算機上就能瀏覽工業控制現場的數據，實現“控管一體化”，這是其他任何一種現場總線都無法比擬的。

(四)通信速率高

目前，10、100Mb/s的快速以太網已開始廣泛應用，1Gb/s以太網技術也逐漸成熟，而傳統的現場總線最高速率只有12Mb/s(如西門子Profibus-DP)。顯然，以太網的速率要高。