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1、现场总线与工业以太网之间的“爱恨情仇网络转载导语：随着“工业4.0战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的开展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。其中工业现场总线技术，十分是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深入变革。随着“工业4.0战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的开展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和技术。其中工业现场总线技术，十分是以太网技术的广泛使用，为技术带来了深入变革。现场总线现场总线是应用在消费现场，用于连接智能现场设备和测量控制系统的数字式、双向传输、多分支构造的通讯网络。它是一种工业数据总线，是
2、领域中底层数据通讯网络。控制组成1.现场总线控制系统它的软件是系统的重要组成局部，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操纵人机接口软件MMI。通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进展网络组态。在网络运行经过中系统实时收集数据、进展数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。2.现场总线的测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算才能等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率、高准确性、抗干扰畸变才能强等特点，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理经过进展调整。3.设备治理系统可以提供设备自身
3、及经过的诊断信息、治理信息、设备运行状态信息包括智能仪表、厂商提供的设备制造信息。4.总线系统计算机效劳模块以客户机/效劳器形式是目前较为流行的网络计算机效劳形式。效劳器表示数据源提供者，应用客户机那么表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进展处理。客户机运行在PC机或者工作站上。效劳器运行在小型机或者大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。5.数据库它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分分享、穿插访问，具有高度独立性。工业设备在运行经过中参数连续变化，数据量大，操纵与控制的实时性要求很高。因此就形成了一个可以互访操纵的分布关系及实时性的数据了系统。6.
4、网络系统的硬件与软件网络系统硬件：系统治理主机、效劳器、网关、协议变换器、集线器、用户计算机等底层智能化仪表网络系统软件：NetWarc、LANMangger、Vines效劳器操纵软件：Lenix、os/2、windowNT、应用软件数据库、通讯协议、网络治理协议等。总线分类目前世界上存在着大约四十余种现场总线，这些现场总线大都用于经过、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，目前的工业总线网络可归为三类：485网络、HART网络、FieldBUS现场总线网络。1.485网络RS485/MODBUS是如今流行的一种工业组网方式，其特点是施行简单方便，而且如今支持RS485的
5、仪表又十分多。如今的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS，原因很简单，RS485的转换接口不仅廉价得而且种类繁多。至少在低端市场上，RS485/MODBUS仍将是最主要的工业组网方式。2.HART网络HART是由艾默生提出的一个过度性总线标准，主要特征是在4-20毫安电流信号上面叠加数字信号，但该协议并未真正开放，要参加他的基金会才能拿到协议，而参加基金会要一定的费用。HART技术主要被国外几家大公司垄断，近些年国内也有公司在做，但还没有到达国外公司的程度。如今有很多智能仪表带有HART圆卡，支持HART通讯功能。但从国内情况来看，还没有真正用到这局部功能来进展设备联网监控，最多只是利
6、用手操器对其进展参数设定。从长远来看，由于HART通讯速率低、组网困难等原因，HART仪表的应用将呈下滑趋势。3.FieldBus现场总线网络现场总线是当今领域的热门技术之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开场。现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通讯的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通讯。现场总线技术近年来成为国际上自动化和仪器仪表开展的热门，它的出现使传统的控制系统构造产生了革命性的变化，使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向进一步迈进，形成新型的网络通讯的全分布式控制系
7、统现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)。然而，到目前为止，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。何时统一，遥遥无期。目前，支持现场总线的仪表种类还比拟少，可供选择的余地小，价格又偏高，用量也较小。特点与优缺点1.特点现场控制设备具有通讯功能，便于构成工厂底层控制网络；通讯标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操纵性；功能块与构造的标准化使一样功能的设备间具有互换性；控制功能下放到现场，使控制系统构造具备高度的分散性。2.优点现场总线使自控设备与系统步入信息网络的行业
8、，为其应用开拓了更为广阔的领域；一堆双绞线上可接挂多了控制设备，便于节省安装费用；节省维护开销；进步了系统的可靠性；为用户提供了更为灵敏的系统集成主动权。3.缺点网络通讯中数据包的传输延迟，通讯系统的瞬时错误和数据包丧失，发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统本来具有确实定性，使得控制系统的分析与综合变得更为复杂，使控制系统的性能受到负面影响。是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计上，在实时性、可靠性、环境适应性等方面知足工业现场的需要，是继现场总线之后开展起来，最被认同也最具开展前景的一种工业通讯网络。的本质就是以太网技术办公自动化走向工业自动化。与传统以太网络的比拟操纵要求1.工业
9、消费环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要求耐腐蚀、防尘和防水。2.工业消费现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需要采取防爆措施保证平安消费。3.工业消费现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具有机械环境适应性如耐振动、耐冲击、电磁环境适应性或者电磁兼容性EMC等。4.工业网络器件的供电，通常是采用柜内低压直流电源标准，大多的工业环境中控制柜内所需电源为低压24V直流。5.采用标准导轨安装，安装方便，适用于工业环境安装的要求，工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内，并轻易更换。主要标准工业以太网是按照工业控制的要求，开展适当的应用层
10、和用户层协议，使以太网和TCP/IP技术真正应用到控制层，延伸到现场层，而在信息层又尽可能采用IT行业一切有效而又最新的成果，因此，工业以太网与以太网在工业中的应用全然不是同一个概念。1.IDA的通讯构造和通讯协议DA是一种完全建立在以太网根底上的工业以太网标准，将一种实时的基于WEB的分布自动化环境与集中的平安体系构造加以结合，目的是创立一个基于TCP/IP的分散自动化的解决方案。2.Ethernet/IP的通讯构造和通讯协议ODVA除了拥有DviceNET和ControlNet，还控制另一个总线EtherNet/IP，它把处于应用层和用户层的DeviceNet和ControlNet的目的库
11、CIP包含了所有经典的PLC运算，与以太网物理介质捆绑在一起。3.PROFlnet的通讯构造和通讯协议如图，它的数据链路层采用了旨在减小处理通讯栈所需时间的一种传输协议，进而极大地缩短了网络的刷新时间，确保刷新时间在510MS。实时通道除了可进展循环传输外，还可完成非循环事件触发、经过数据修改、操纵指令下达等传输。同时还要参加网络治理、WEB功能，以及直接集成I/O设备等。4.HSE的通讯构造和通讯协议美国的FF现场总线基金会采用高速以太网开发的FCS系统控制级以上通讯网络的主干网，控制级以下仍使用H1现场总线，构成信息集成开放的体系构造，HSE遵循标准的以太网标准。FF在去标准中规定了21种
12、功能块，供根本经过控制和先进经过控制使用。这些标准功能块驻留与HSE相连的现场设备中，只要通过组态就予以链接。为进展复杂的批处理和混合控制等应用，FF还规定了柔性功能块，支持数据收集的监控、子系统接口、事件顺序、多路数据收集，并可用作与PLC和其他协议通讯的网间连接器，所以我们可得出这样一个结论：HSE工业以太网为连续的经过控制工业和断续的制造业所需的连续实时控制提供了各种的解决方案，它为连续经过控制系统、断续制造的控制系统、批量控制系统以及MES、ERP等企业信息治理系统的集成，提供了一种相当成熟的工业以太网的标准协议。应用于工业控制需要解决的问题工业以太网，一般来讲技术上与贸易以太网兼容，
13、但在产品设计时，在实时性、可靠性、环境的适应性等方面能知足工业现场的需要，是一种典型的工业通讯网络。与商用以太网相比，工业以太网在以下方面具有特殊要求：1.要求有高实时性与良好的时间确定性；2.传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁；3.容错才能强，可靠性、平安性好；4.控制网络构造具有高度分散性；5.控制网络协议简单实用，工作效率高；6.控制设备的智能化与控制功能的自治性；7.与信息网络之间有高效率的通讯，易于实现与信息网络的集成；8.设备的可靠性与环境适应性；9.远间隔传输；10.总线供电；11.网络平安性；12.互操纵性。上风1.应用广泛以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，收到广泛的
14、技术支持，最典型的的以太网应用形式如：Ethernet+TCP/IP+web。几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发。2.本钱低廉由于以太网的应用最为广泛，因此收到硬件开发商与消费厂商的高度重视与广泛支持，有很多硬件产品供用户选择，而且由于应用广泛，硬件价格也相对低廉。3.通讯速率高目前以太网的通讯速率为10M、100M的快速以太网也开场广泛应用，1000M以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其通讯速率比目前的现场总线快得多。4.软硬件资源丰富以太网已应用多年，人们对以太网的设计、应用等多方面有很多的经历，对其技术也特别熟悉。大量的软件资源和设计经历可以显著降低系统开发和培训费用，进而可以显著降低系统的整体本钱，并大大加快系统开发和推广速度。5.可持续开展才能强由于以太网的广泛应用，它的反战一直得到广泛的重视和大量的技术投入，形玉成球性的技术支持，并且在当前信息瞬息万变的时代，企业的生存与开展将很大程度上依靠于一个快速而有效的通讯网络治理，信息技术与通讯技术的开展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前开展。6.易于实现管控一体化易于实现控制网络与信息网络的无缝集成，建立统一的企业网络，可实现嵌入式控制器，智能现场测控仪表和传感器等方便地接入以太网络，直至与Internet相连。