工业以太网:Powerlink, Ethernet /IP

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至少有8个组织代表了7种针对工业网络应用的以太网协议。这里更新了两个以太网协议:以太网- powerlink和以太网/IP。有关其他工业以太网协议的信息可以在本文后面的“联机额外”中查看。

代表以太网- powerlink的贝加莱工业自动化副总裁Marc Ostertag为使用以太网进行工业自动化提供了令人信服的理由。以太网是IT中最常见的网络;工程师们熟悉以太网，它在所有级别上提供透明的通信，它是一个无可争议的全球标准，因此它是“面向未来的”，它有令人信服的数据速率，并提供了许多软件和工具。

Ostertag说，Ethernet Powerlink是一种用于自动化和运动控制的分散实时通信系统。他说，它的优点是，它是一个由以太网Powerlink服务组(EPSG)管理的开放协议，使用标准芯片，具有确定性的实时数据传输，易于自动化使用，允许任何拓扑结构，并且不需要网络专家。安全性是通过域分离实现的。

据EPSG称，以太网Powerlink已被IEC认可为公开可用的IEC规范(PAS)。该组织希望EPL将成为IEC标准IEC 61784-2和IEC-61158现场总线标准的一部分。该规范由IAONA(工业自动化开放网络协会)提交给IEC SC65C，作为实时工业以太网通信配置文件。IAONA是在工厂自动化中推广以太网的平台组织，它与ODVA(开放设备供应商协会)、EPSG和其他三个小组合作，在共同感兴趣的领域制定技术指南和建议。

贝加莱通过在以太网的载波感知多址/碰撞检测机制上叠加“时间切片”方法，解决了以太网在保证数据传输方面的限制。它将传输间隔切割成许多插槽，为连接到一个网段的每个设备提供一个时隙。这确保不会发生网络冲突。Ostertag说，可以获得低至200微秒的循环时间和低于1微秒的抖动。

Bystronic玻璃使用以太网Powerlink进行全自动切割，研磨和钻孔，切割速度为450英尺/分钟，2/1000英寸。准确性。公司放弃了专利电子产品;提高了切割精度，质量，和吞吐量评分在更高的速度;有800个

EtherNet/IP是ODVA成员支持的通用工业协议(CIP)， ODVA成员还支持以下CIP网络技术:DeviceNet、CIP Sync、CIP Safety、CIP Sync和CIP Motion。

ODVA执行董事Katherine Voss说，CIP网络共享一套通用的、完整的服务和设备配置文件，以及多个CIP子网之间的无缝桥接和路由。她说，CIP和EtherNet/IP协议是标准以太网技术的补充，将EtherNet/IP称为控制网络的纯以太网解决方案，使Internet和企业连接成为可能。

通用汽车选择EtherNet/IP作为其工业以太网的全球标准。通过EtherNet/IP，通用汽车希望降低运营成本，利用工程资源，共享信息系统应用程序，并纳入安全网络，Voss说。EtherNet/IP也在澳大利亚昆士兰先进技术中心的CSIRO勘探和采矿中使用。Voss解释说，地下自动化设备，如煤矿开采，与工厂自动化和过程控制有类似的问题，例如:

1. 虽然应用程序带宽需求不大，但需求将会增加，包括增加机内摄像头。

2. 状态监测将收集振动数据，这涉及到大文件传输。

3. CSIRO计划为一台90吨、50英尺长的自动采煤机添加无线以太网，用于宽带通信。无线电波比电缆更能承受环境。

4. 沃斯说，CSIRO避免了“在TCP/IP中使用自制的简单协议”，因为希望保持系统开放、可扩展和可维护。

马克·霍斯克，MHoske@cfemedia.com

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工业以太网:还有5个
在业界从现场总线战争中吸取了教训之后，为什么至少有七种工业以太网协议可供选择呢?

当被问及这个问题时，ODVA和以太网- powerlink规范组的领导们表示，多样性是好的。虽然有一个目标是拥有一个单一的可互操作的现场总线，但最终在“标准”下形成了多个版本，为世界各地服务。一些公司为某些应用提供技术优势，不同的制造商对某些应用的支持更多。

同样的事情也发生在以太网上。不同的应用和竞争导致了不同的协议。其中一些正在经历成为标准的正式过程，也许类似的，多头承认不会有统一的行业解决方案。

然而，有证据表明，有一定程度的合作意愿——五个协议已经加入了一个以太网组织，IAONA(工业自动化开放网络协会)，根据IAONA网站上的一份声明，该组织正在就共同问题进行合作，“以防止现有解决方案的进一步不兼容”。
IAONA成员有:
•开放设备供应商协会(ODVA);
•Modbus-IDA;
•EtherCAT科技集团;
•以太网电源链路规范组(EPSG);而且
•兴趣组SERCOS接口。

他们定义了开发基于以太网的工业自动化产品的共同策略。作为一项中期目标，各小组正就下列议题进行合作:安全;电缆和布线;使用IEEE 1588和系统。

本文主要介绍了EtherNet/IP和EPSG。下面是关于其他每一个的一些背景。

先进的Modbus协议，一个开放Modbus TCP / IP规范于1999年制定。据说，Modbus TCP/IP协议将物理网络(以太网)与通用网络标准(TCP/IP)和与供应商无关的数据表示(Modbus)结合在一起。据说，对于任何支持TCP/IP套接字的设备来说，实现它都非常简单。据Modbus组织介绍，2005年1月，中国标准化管理委员会(SAC)推出了《串行链路Modbus协议实施指南》和《TCP/IP Modbus协议实施指南》，作为中华人民共和国的标准。该组织表示，市场上有200多种Modbus TCP/IP设备。它用于在设备之间交换信息、监控和编程。它还用于管理分布式I/O设备，据说是这种类型设备制造商的首选协议。Modbus TCP/IP采用Modbus指令集，并将TCP/IP包裹在它周围。该组织说，那些拥有Modbus驱动程序并了解以太网和TCP/IP套接字的人可以在几个小时内创建一个Modbus TCP/IP驱动程序。采用标准PC以太网卡。 Modbus protocol is a trademark owned by Schneider Automation, but license and specification are available free, without licensing fees for Modbus or for Modbus TCP/IP protocols, the organization says.

高速以太网(HSE)这是现场总线基金会的骨干网，运行速度为100mbit /s。HSE现场设备是直接连接HSE (High Speed Ethernet)现场总线的现场总线设备。典型的HSE现场设备包括HSE连接设备、运行功能块的HSE现场设备和主机。HSE连接设备将H1现场总线段与HSE连接，形成更大的网络。HSE交换机是标准的以太网设备，用于将多个HSE设备(如HSE连接设备、HSE现场设备)相互连接，形成一个更大的HSE网络。2005年2月，现场总线基金会发布了高速以太网互操作性测试套件(HSE ITK) 1.0版。该工具包交付的测试用例扩展了互操作性测试的范围，使F的最终用户受益OUNDATION现场总线设备。HSE ITK测试引擎执行超过400个测试用例，用于测试设备实现。测试套件还包括一个设备描述查看器。随着新的标准功能块可用，将计划进行升级。

Ethercat是由IEC发布的，被称为开放和实时的，并且可以使用树形、雏菊链、滴线或交换星形拓扑。Ethercat组织在2005年2月报告说，在96%的批准率下，IEC SC65C投票成员国已经同意将Ethercat规范作为IEC PAS(公开可用规范)发布。这意味着Ethercat规范被公认为正式的IEC文件，并将通过IEC提供。由于Ethercat规范是按照IEC标准编写的，因此有望集成到现场总线IEC 61158的下一版中。Beckhoff开发了最初的规格。Ethercat使用双绞线或光纤电缆在30微秒内处理1000个分布式I/O信号或在100微秒内处理100个轴。Ethercat提供了一种拓扑选择:它支持简单的低成本线路结构、树型结构、雏菊链或掉落线路——不需要昂贵的基础设施组件。可以使用更昂贵的开关星形拓扑。

Profibus贸易组织电话Profinet集成和开放的工业以太网自动化标准，使用TCP/IP和IT标准;它提供实时以太网;并且可以通过集成任何现场总线协议来保护投资。Profinet的概念，据说可以满足所有工业自动化的要求，是模块化的，允许用户选择所需的功能。同步实时(IRT)通信使周期时间小于1微秒，因此非常适合用于运动控制应用。Profinet有两种“观点”。Profinet IO用于集成分布式I/O连接，Profinet CBA用于创建模块化工厂。Profinet CBA主要由基于组件的架构组成，通过TCP/IP和与组件的实时(RT)通信。Profinet IO使用RT和IRT与分布式I/O设备通信。RT和IRT描述了实时属性。 Profinet communication is scalable in three levels. Component-based communication uses TCP/IP and enables cycle times on the order of 100 microseconds. It is recommended for communication between controllers. Real-time (RT) communication enables cycle times on the order of 10 microseconds and can be used with distributed I/O devices. All these communication levels can co-exist on the same bus line together with IT communication.

serco三世任何标准IP电报(如TCP/IP)都可以在非实时时隙中传输，与运动控制所需数据的实时传输并行。SERCOS使用IEEE 1588同步，并基于原始SERCOS接口建立的实时机制，工作在具有精确时间模式的循环数据传输原理上。该组织表示，基于硬件的同步是可靠实现运动应用的必不可少的前提条件，例如印刷机、包装机或多轴机床中的电子线轴。SERCOS III控制器可以与网络中的“上级”设备交换电报。根据管理组织的说法，它将在最大程度上与现有的SERCOS机制兼容，以降低升级的成本和工作量。(一个明确的目标是通过提供功能强大、价格较低的硬件组件来降低节点接口成本。正在研究的选项包括基于fpga的[现场门可编程架构]控制器和多协议通信控制器。这些考虑因素将在未来几个月内最终确定。)SERCOS III的粗略技术概念已经制定并得到验证，SERCOS宣传小组宣布第一个SERCOS III原型将于2005年推出。

马克·霍斯克，控制工程，MHoske@cfemedia.com

www.fieldbus.org
www.profibus.org
www.iaona.org
www.ethercat.org
www.ethernet-powerlink.org
www.modbus-ida.org
www.odva.org
www.sercos.org

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