研究成果:工业以太网协议

调查结果表明，对广泛应用能力和处理不同环境的能力的需求推动了协议的开发，激发了用户的兴趣。在Reed Corporate Research对控制产品的研究中，直到五年前，使用4- 20ma标准的产品仍然主导着控制领域。这是改变。这是如何。

迪克·约翰逊，控制工程二零零八年五月一日

啊，数字时代!似乎只是在很短的时间(实际上是几十年左右)以前，控制工程师试图用数字协议取代旧的模拟4-20mA控制系统协议。数字控制的优势当然是诱人的——确定性、简化的布线、速度、远程校准和检查仪器健康状况的能力，仅举几例。这项工作有了一个良好的开端，当创新出现时，标准化似乎已经在控制工程社区的掌握之中。正如现实所示，工业以太网协议已经成为数字控制的真正工具，因此已经适应了各种应用。

根据受访者的说法，监控和数据采集(SCADA)无疑是以太网最重要的工厂应用，其被引用的频率比第二重要的应用(诊断、测试和维护)高出近一半。

根据Reed Corporate Research最近五年前对控制产品的研究，使用4-20mA标准的产品仍然主导着控制领域。这是改变。在最近的调查中，295人回答了有关工业以太网协议的在线问题。由于公司内部连接是以太网的主要优势之一，因此53%的受访者表示，在工业以太网跨职能团队中，工程人员参与最多，其次是信息技术(34%)、工厂工程(23%)、制造管理(22%)，其次是客户/技术支持(8%)、质量控制/质量保证(8%)等。

应用网络

控制工程师将以太网用于各种各样的工厂内功能。(见附图。)该系列基本上与2006年的调查结果相似，但有一个重要的例外:以太网在企业管理应用程序中的使用在短短几年内变得更加普遍，这表明各级管理人员越来越多地参与到日常制造中，这是全球经济中跨国经营的标志。

以太网协议的特定用途存在于这些应用程序的许多级别上。其中包括监控或数据采集(78%)、控制(68%)、制造运营或执行(63%)以及企业运营(58%)。较低级别的应用包括I/O(48%)、驱动(37%)和传感器(24%)。在控制系统中，工业以太网网络连接仍然集中在逻辑(pc 89%， plc 79%，可编程自动化控制器66%)，而传感器(视觉37%，温度传感器/变送器18%，流量传感器/变送器17%)或执行器(如块阀18%和控制阀14%)。

最常用的协议

根据受访者的调查，工业应用中使用的十大工业以太网协议是(按降序排列):

TCP / IP(本地)-95%
以太网/ ip - 88%
Modbus tcp - 81%
UDP(本机)-79%
现场总线基金会高速互联网(HSE) -43%
ethercat - 41%
serco iii - 38%
现场总线profinet - 36%
CC-Link IE(千兆以太网)-31%
以太网powerlink - 27%

列出的其他工业以太网协议包括VARAN(多功能自动化随机接入网)、日本电气制造商协会的FL-net (OPCN-2)、synqNet、Mechatrolink III和SafetyNet。请参阅下面的产品部分，了解前10种协议和其他协议的描述。

所有这些协议都被考虑作为标准，或者由组织代表，这一属性在控制专业人员认为在他们寻求的工业以太网协议中非常重要的冗长问题列表中相对突出。(见附图。)

在提到的34个属性中，高速性能(66%)被列为最重要的。紧随其后的是使用该协议的设备的可用性(65%)、可升级性(60%)、使用商业现成组件的能力以及将其用于控制应用程序的能力(60%)。

受访者对许多“非常重要”的特质的排名几乎相同，前7名相差7个百分点。

这些前五名反映的结果与2006年的调查结果相同，但有一个例外:使用10/100基本T/TX以太网媒体的重要性从前五名下降到第十名。取而代之的是向更高级别系统传输数据的便利性，这意味着以太网协议将扩展到更广泛、更复杂的企业系统中。

根据调查，92%的受访者已经开始在工厂使用以太网。剩下的8%还没有开始，但正在计划。在计划开始的受访者中，59%的人表示将在明年开始，41%的人将在未来13-24个月内开始。

对于使用以太网的控制系统，许多已经存在一段时间了。使用10年以上的控制专业人员占回复的17%。许多可能不是单独安装的系统，而是现有的基于dcs的控制的一部分;数据中心长期使用基于以太网的系统。6-10年的系统占总数的29%。2-5年的系统占34%。13-24个月前和过去一年内就职的分别占12%和8%。

尽管基于以太网的控制协议多种多样，工厂现场调试也很复杂，但控制专业人士表示，与另一种最受欢迎的工业网络相比，他们对以太网协议非常满意。63%的人表示非常满意，36%的人表示比较满意。只有1%的人表示对自己的选择不满意。

当被问及安装基于以太网的控制系统的建议时，控制工程师并不羞于了解它所需要的工作量和努力。诸如“先做功课”和“对实时以太网有自己的了解”之类的逐字回答很常见。“花时间彻底调查所有可能的选择，”这是另一个经常被提及的想法。对工业以太网协议使用的满意度为99%，因此，指定、推荐、购买和安装基于以太网的控制变体所花费的时间似乎是值得的。

TCP/IP:偏离目的?

TCP/IP是最初的以太网协议，被互联网工程任务组(IETF)认为是占主导地位的协议。为商业应用中的数据网络而设计，它已成为工业以太网使用的主要传输协议之一。以太网TCP/IP是一套通信协议，用于连接Internet上的主机，并已成为Internet的主要通信协议事实上的通过网络传输数据的标准。www.ietf.org互联网工程专责小组

以太网/ IP:制造业

以太网/IP是在其上层使用通用工业协议(CIP)的网络家族中的一员。CIP为制造自动化应用程序(控制、安全、同步、运动、配置和信息)使用一套消息和服务。它是独立于媒体的，由数百家供应商支持，并统一了制造通信。生产者-消费者服务允许用户同时控制、配置和收集来自智能网络设备的数据，或者使用一个网络作为多个分布式CIP网络的主干。它与标准的互联网协议和标准的工业协议(如OPC)兼容，用于数据访问。www.odva.orgODVA

Modbus TCP:提升了一个档次

Modbus TCP协议是一种消息传递结构，最初于1979年引入市场。它用于在智能设备之间建立主从/客户端-服务器通信。作为一种简单的消息传递结构，Modbus独立于底层物理层。它结合了一个通用的、可扩展的、无处不在的物理网络(以太网)、一个通用的网络标准(TCP/IP)和一个与供应商无关的数据表示。以太网端口502为Modbus TCP协议指定。Modbus TCP在以太网上实现;光纤和主要的无线技术，包括Wi/Fi、无线电、GPRS和蓝牙。Modbus TCP将TCP/IP封装在Modbus上。www.modbus.orgModbus-IDA

UDP:事务在前面

用户图协议(UDP)为一组相互连接的计算机网络提供了分组交换计算机通信的数据报模式。UDP以Internet协议(IP)为底层协议，并提供了一个程序，使应用程序能够以最少的协议机制向其他程序发送消息。该协议是面向事务的，不保证交付和重复保护。www.ietf.orgIETF

HSE:全厂控制

高速以太网(HSE)被认为是关键任务应用的关键企业集成技术。HSE是现场总线基金会的高性能网络，运行以太网和TCP/IP，适合用作工厂控制骨干。在100mbit /s时，HSE是为设备和子系统集成而设计的。它支持集成数据服务器技术，如OPC。它支持现场总线功能(标准功能块、电子设备描述语言和用于高级过程和离散/混合/批处理应用的特定于应用的灵活功能块)。www.fieldbus.org现场总线基金会

EtherCAT:快速、低成本

EtherCAT是一个开放的、实时的以太网网络，可以在30O和SEMI标准下更新1000个分布式数字I/O点。www.ethercat.orgEtherCAT技术集团

SERCOS III:运动，输入/输出

SERCOS III是一个开放的实时工业以太网协议，是IEC 61784-2和IEC 61158标准的一部分。它提供高精度的确定性控制，具有低周期时间和网络抖动，与以前的SERCOS版本向后兼容，并且可以在没有交换机或集线器的情况下运行。新功能包括多个运动控制之间的同步和通信，以及用于分散I/O模块的强大设备配置文件。www.sercos.comSERCOS北美

Profinet:兼容性

据说Profinet几乎适用于自动化所需的任何功能:离散、过程、运动、点对点集成、垂直集成、安全等。它使用标准的IEEE 802.3以太网，因此可以通过IEEE 802.11无线工作。它在1毫秒内控制150个轴的运动，抖动为1μ秒。据说，它是唯一的工业以太网标准，定义了工厂资产管理和制造执行系统所需的其他信息的通信。www.us.profinet.comProfibus贸易组织

CC-Link:新的千兆以太网

CC-Link合作伙伴协会(CPLA)开发了一种千兆工业以太网(IE)协议CC-Link IE，允许在接近背板的速度下进行网络通信。这是全球发布的第一个开放标准，1千兆位/秒制造网络。它采用标准以太网IEEE 802.3z多模光纤电缆，双环拓扑结构。它是确定的网络公共内存，没有集线器或交换机。www.cc-linkamerica.orgCC-Link合作伙伴协会

Ethernet-Powerlink:更多的价值，最高的速度

以太网- powerlink标准化组织(EPSG)表示，其协议为机器和工厂操作员增加了价值，包括以下特性:安全性(TÜV Rheinland认证，可用于需要SIL 3保护的系统)、冗余能力、与CANopen的兼容性、用户自由选择网络拓扑、热插拔能力、交叉流量能力和易于系统诊断。www.ethernet-powerlink.org以太网Powerlink标准化组

FL-Net:连接工厂车间

FL-net (OPCN-2)协议由日本电气制造商协会(JEMA)开发，使用以太网电缆连接plc和数控单元，并使控制器之间能够高速相互交换控制数据。FL-net (OPCN-2)支持多种协议，包括UDP/IP和FA链路，位于UDP/IP的上层。www.jema-net.or.jp英语日本电器制造商协会

在线额外

用于工业应用的以太网协议

越来越多的人将以太网用于工业应用。下图显示了目前(2008年5月)使用以下以太网协议的受访者的百分比有计划的使用的调查结果。

95%的TCP/IP(本机)从2006年12月的73%上升

以太网/IP从73%上升到88%

Modbus TCP从48.5%上升到81%

79% UDP(本机)，从23.6%上升

现场总线基金会高速互联网(HSE)从20%上升到43%

41% EtherCAT，高于10.6%

SERCOS III的比例从11.4%上升至38%

36% Profibus Profinet，高于去年的20%

31% CC-Link IE(千兆以太网)，新

以太网Powerlink上涨27%，此前为8%

请阅读2006年12月关于这些协议的文章…

工业以太网协议:调查结果显示了谁是赢家及其原因

www.globalelove.com/article/CA6396565.html

相关阅读:以太网硬件

每周都会推出几十种新的以太网产品。以下是一些最近的介绍。

以太网硬件:交换机等

www.globalelove.com/article/CA6555610.html

关于以太网协议的更多信息

下面是更多的以太网协议信息。

TCP / IP:IETF定期更新协议和拥塞控制算法，以帮助稳定互联网，并处理其他问题，包括更新、维护、标准和协议更改。

Modbus TCP有了Modbus驱动程序和对以太网和TCP/IP套接字的理解，据说用户可以在几个小时内用最少的硬件启动设备并进行通信。在串行线路上使用Modbus不需要任何许可费用。Modbus TCP规范和实现指南可以在Modbus组织网站上免费下载。2007年秋，ODVA扩展了CIP标准，提供Modbus设备的无缝接入，无需更改Modbus TCP目标设备或以太网/IP目标设备，从而进一步打开了Modbus设备的市场

供应商和用户，其应用程序包括CIP网络，有机会指定产品从数以千计的Modbus设备可用。

UDP:不适合要求有序、可靠地传输数据流的应用，UDP模块必须能够从Internet报头确定源和目的Internet地址以及协议字段。一种可能的UDP/IP接口将返回整个Internet数据报，包括Internet报头，以响应接收到的操作。这样的接口还允许UDP将完整的Internet数据报与报头一起传递给要发送的IP。IP将验证某些字段的一致性，并计算Internet报头校验和。与TCP/IP协议一样，信息也可在

Profinet当非拴设备，如自动引导车辆，必须被控制时，无线是必要的。据称，Profinet还可以通过无缝地吸收现有Profinet设备和其他现场总线的安装，保护用户在现有工厂设备和网络上的投资。虽然Profinet采用了以太网、TCP/IP、XML和OPC等行业标准，但它是一个开放的工业标准。

化工即特点是避免令牌传递碰撞，256k字节的网络公共内存，每网络120站的能力，两个站之间的最大电缆长度为550米，能够处理239个相互连接的网络。该系列中的其他协议包括可以连接控制器的CC-Link和用于较小设备的CC-Link/LT;该组织表示，正在计划现场和运动协议。核心技术由三菱电机自动化提供。

HSE:支持来自多个供应商的不同控制器和网关之间的互操作性。HSE旨在支持关键任务监视和控制应用中使用的容错网络和设备。所有或部分HSE网络和设备都可以冗余，以达到任何给定应用所需的容错水平。

EtherCAT由于其固有的布线灵活性，EtherCAT可以在应用程序所需的任何拓扑(星形、线形、树形或环形)中实现。所有类型的以太网设备都可以通过交换机或交换机端口集成，其他现场总线设备可以与简单的网关一起使用。它使用经济高效的标准以太网卡(nic)运行。EtherCAT技术用于确保现有工业基础设施以及未来系统修订和扩展的整个I/O系统的兼容性和连续性。自动化软件，工业pc，控制面板，以太网PCI卡和伺服驱动器可内置EtherCAT连接，以及选择其他驱动器，控制器和传感器。

serco三世:文件，循环和非循环通信，以及同步机制。其他新功能包括从设备之间的快速独立交叉通信，在环中断时的容错硬件冗余，操作期间连接和移除节点的热插拔，以及在SERCOS上使用CIP Safety进行安全通信。为了在没有交换机或集线器的情况下工作，它使用低成本的FPGA通信控制器或softmaster与标准商品硬件一起操作。

Ethernet-PowerlinkEPSG表示，寻找“最佳”实时现场总线往往由一个标准主导:速度。因此，根据计划的应用，其他可能更重要的技术特征和提供额外好处的技术特征可能得到的关注太少。但是，用户必须考虑到这些因素，以便获得支持其决策过程所需的全貌。

连接到其他工业以太网网络:

机械链接3…www.mechatrolink.org/en/about/mecha4.html

社保网www.safetybus.com

瓦兰www.varan-bus.net/index_en.htm

synqNet www.synqnet.org

FL-Net: FL-Net:连接工厂车间

FL-net (OPCN-2)协议由日本电气制造商协会(JEMA)开发，使用以太网电缆连接plc和数控单元，并使控制器之间能够高速相互交换控制数据。FL-net (OPCN-2)支持多种协议，包括UDP/IP和FA链路，位于UDP/IP的上层。与普通PLC的CPU链路单元相同的方式进行连接的节点号和公共存储器，因此无需为PLC编写特定的通信程序。

www.jema-net.or.jp英语

日本电器制造商协会

关于工业以太网信息的其他资源…

2008年5月公关的链接和在线额外材料

工业以太网协议:调查结果显示了谁是赢家及其原因

//www.globalelove.com/article/CA6396565.html

CC-Link IE:首先，开放的工业千兆以太网协议

www.globalelove.com/article/CA6493699.html

维基百科自动化协议列表

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_automation_protocols

维基百科工业以太网列表

https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_Ethernet