以太网与现场总线技术 点击:14333 | 回复:61



PB

    
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发表于:2004-02-18 14:45:00
楼主
摘要:本文就以太网在自动化领域应用现状及前景、以太网与现场总线技术等热点问题,从技术比较出发,发表了个人看法。本文认为:以太网在工厂管理层、车间监控层将成为主流技术,与互连网技术结合是未来eManufactory技术基础; 在没有严格时间要求的设备层也将获得一定的发展;但对一般工业网络要求实时性、确定性通信场合,现场总线技术还将处于主导地位;我们必须学会面对一个多种网络技术并存的现实世界。 关键字:以太网、现场总线、自动化 前言: 以太网及TCP/IP通信技术在IT行业获得了很大的成功, 成为IT行业应用中首选的网络通信技术。近年来,由于国际现场总线技术标准化工作没有达到人们理想中的结果,以太网及TCP/IP技术逐步在自动化行业中得到应用,并发展成为一种技术潮流。 以太网在自动化行业中的应用应该区分为两个方面问题,或者说两个层次的问题。一是工厂自动化技术与IT技术结合,与互连网Internet技术结合,成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。大多数专家们对自动化技术这种发展趋势给予肯定的评价。另一个方面,即以太网能否在工业过程控制底层,也就是设备层或称为现场层广泛应用? 能否成为甚至取代现有的现场总线技术成为统一的工业网络标准?这些问题实为目前自动化行业专家们争论的热点。本文将只就这一问题,从以太网与现场总线的技术比较出发,谈谈个人看法。 1. 以太网指的是什么 什么是“以太网”?以及相关的IEEE 802.3及TCP/IP技术? 这对计算机网络工程师可能是基本常识,但我们自动化技术工程师未必清楚。在讨论以太网与自动化技术及现场总线技术之前,有必要先澄清一下这几个基本术语的含义。笔者查阅了有关资料,现将有关“以太网”、IEEE 802.3及TCP/IP相关的技术背景摘要如下: (1) 以太网: ►1975年: 美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心研制成功[METC76],该网采用无源电缆作为总线来传送数据帧,故以传播电磁波的“以太(Ether)”命名。 ►1981年:美国施乐(Xerox)公司+数字装备公司(Digital)+英特尔(Intel)公司联合推出以太网(EtherNet)规约[ETHE80] ►1982年:修改为第二版,DIX Ethernet V2 因此:“以太网”应该是特指“DIX Ethernet V2”所描述的技术。 (2) IEEE802.3 ►80年代初期: 美国电气和电子工程师学会IEEE 802委员会制定出局域网体系结构, 即IEEE 802参考模型. IEEE 802参考模型相当于OSI模型的最低两层: ►1983年:IEEE 802 委员会以美国施乐(Xerox)公司+数字装备公司(Digital)+英特尔(Intel)公司提交的DIX Ethernet V2为基础,推出了IEEE802.3 ►IEEE802.3又叫做具有CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)的网络。CSMA/CD是IEEE802.3采用的媒体接入控制技术,或称介质访问控制技术。 因此: IEEE802.3 以“以太网”为技术原形,本质特点是采用CSMA/CD 的介质访问控制技术。“以太网”与IEEE802.3略有区别。但在忽略网络协议细节时, 人们习惯将IEEE802.3称为”以太网”。 与IEEE 802 有关的其它网络协议: IEEE 802.1—概述、体系结构和网络互连,以及网络管理和性能测量。 IEEE 802.2—逻辑链路控制LLC。最高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。 IEEE 802.3—CSMA/CD网络,定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。 IEEE 802.4—令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。 IEEE 802.5—令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。 IEEE 802.6—城域网。 IEEE 802.7—宽带技术。 IEEE 802.8—光纤技术。 IEEE 802.9—综合话音数据局域网。 IEEE 802.10—可互操作的局域网的安全。 IEEE 802.11—无线局域网。 IEEE 802.12—优先高速局域网(100Mb/s)。 IEEE 802.13—有线电视(Cable-TV) (3) TCP/IP协议 ►TCP/IP是多台相同或不同类型计算机进行信息交换的一套通信协议。TCP/IP协议组的准确名称应该是internet协议族,TCP和IP是其中两个协议。而internet协议族TCP/IP还包含了与这两个协议有关的其它协议及网络应用,如用户数据报协议(UDP)、地址转化协议(ARP)和互连网控制报文协议(ICMP)。由于TCP/IP是internet采用的协议组,所以将TCP/IP体系结构称作internet体系结构。 ►以太网是TCP/IP使用最普遍的物理网络,实际上TCP/IP技术支持各种局域网络协议,包括:令牌总线、令牌环、FDDI(光纤分布式数据接口)、SLIP (串行线路IP)、PPP(点到点协议)、X2.5数据网等。见图1:TCP/IP技术支持的各种局域网络协议 由于TCP/IP是世界上最大的Internet采用的协议组,而TCP/IP底层物理网络多数使用以太网协议,因此,以太网+TCP/IP成为IT行业中应用最普遍的技术。 本文主题中所提到的“以太网”,按习惯主要指IEEE 802.3协议,如果进一步采用TCP/IP协议族,则采用“以太网+TCP/IP”来表示。 2.以太网为什么会进入自动化行业 以太网+TCP/IP作为办公网、商务网在IT行业中独霸天下,其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统。但为什么近年来会逐步向自动化行业发展,形成与现场总线技术竞争的局面?回顾近年来自动化技术的发展, 可以了解到其中的原委。 (1) 自动化技术从单机控制发展到工厂自动化FA,发展到系统自动化 近年来,自动化技术发展使人们认识到,单纯提高生产设备单机自动化水平,并不一定能给整个企业带来好的效益;因此,企业给自动化技术提出的进一步要求是:将整个工厂作为一个系统实现其自动化,目标是实现企业的最佳经济效益。因此,有了现代制造自动化模型,见图2。所以说自动化技术由单机自动化发展到系统自动化。 <现代制造自动化模> 自动化技术从单机控制向工厂自动化FA、系统自动化方向发展。制造业对自动化技术提出了数字化通信及信息集成的技术的要求;即要求应用数字通信技术实现工厂信息纵向的透明通信。 (2)工厂底层设备状态及生产信息集成、车间底层数字通信网络是信息集成系统的基础 为满足工厂上层管理对底层设备信息的要求, 工厂车间底层设备状态及生产信息集成是实现全厂FA/CIMS的基础。见图3: 工厂自动化信息网络分层结构:工厂管理级、车间监控级、现场设备级 <工厂自动化信息网络分层结构:工厂管理级、车间监控级、现场设备级 > (3) 现场总线技术的产生 现场总线(FieldBus)是工厂底层设备之间的通信网络,是计算机数字通信技术在自动化领域的应用,为车间底层设备信息及生产过程信息集成提供了通信技术平台.图4是工厂底层应用现场总线技术实现了全厂信息纵向集成的透明通信,即从管理层到自动化底层的数据存取. <工厂底层应用现场总线技术实现了全厂信息纵向集成的透明通信> (4) 现场总线国际标准之一ROFIBUS技术 ROFIBUS技术是1987年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发;1989年批准为德国工业标准DIN 19245(PROFINUS-FMS/-DP);1996年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP);1999年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组成部分(Type III). PROFIBUS技术为设备层提供了PROFIBUS-DP和-PA技术,为车间层提供了PROFIBUS-FMS技术,见图5。 ►PROFIBUS-DP是设备层现场总线, 用于控制器(如PLC、PC、NC)与现场控制设备(如驱动器、检测设备、HMI等)之间的通信总线; ►设备层现场总线技术具有高速(12M)、实时、确定、可靠特点(如-DPV2可用于运动控制),传输的数据量相对较小。 ►PROFIBUS-PA也是设备层总线,具有IEC61158-2的物理层,可实现总线供电,并有本质安全技术。 ►PROFIBUS-FMS车间级现场总线,主要用于车间级设备监控。主要完成车间生产设备状态及生产过程监控、车间级生产管理、车间底层设备及生产信息集成。车间级现场总线具有传输数据量大、应用层信息规范完整等特点,对网络实时性要求不高。 (5)国际现场总线技术标准IEC61158 根据现场总线技术概念,面对自动化行业千变万化的现场仪表设备,要实现不同厂家不同种类产品的互连,现场总线技术标准化工作至关重要。为此, 国际IEC委员会于1984年提出制定现场总线技术标准IEC1158(即IEC61158)。 A. IEC 61158目标:IEC1158的目标是制定



gongkongedit

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发表于:2003-02-24 14:43:00
21楼
唐老师: 你好,请问一下,本文中提到的“令牌总线网”、“令牌环形网”是什么样的网,能否用图的形势表示一下。

hill2002001

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发表于:2003-02-26 17:27:00
22楼
唐老师:    你好,能否将这篇文章传给我? gechun_117@sina.com

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发表于:2003-02-28 09:58:00
23楼
唐老师:    你好,能否将这篇文章传给我? jsj199@163.com

roberthe

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发表于:2003-04-20 15:15:00
24楼
无线局域网(WLAN)也将成为工业以太网在设备层应用的一种补充形式,用于不宜布线、设备需经常移动的场合。

QQ529381

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发表于:2003-05-07 12:58:00
25楼
唐老师: 写得好,请传给我好吗?我想看看图形。

老杨

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发表于:2003-05-17 13:58:00
26楼
请唐老师经常写一些好的介绍文章给大家看看,谢谢!!!

新门子

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发表于:2003-05-17 19:15:00
27楼
本人作过一套DP网络的钢厂水处理工程,全套竣工资料愿意出售 有意来信.waiequ@yahoo.com.cn

gongkongedit

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发表于:2003-05-17 20:23:00
28楼
一篇好文章! 我想和大家探讨一下,大家在议论以太网的时候又没有考虑以太网应用于FA后能实现那些功能,还有是不是主要的功能还得采用公司自己的协议编写的应用程序,我现在认为三菱的Q系列PLC的以太网模块的功能就不是很实用(一点没有贬低三菱的意思,我还是很喜欢三菱的工控产品的)。

宇电

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发表于:2003-05-19 10:46:00
29楼
唐老师 文章概述非常全面。 目前国内企业内部局域网可延伸到工业现场,现场信息透明化。每个车间安装计算机,工厂设备的温度、压力信号的采集及控制采用有通讯功能RS485的智能仪表或功能块,组成《现场总结型计算机监控系统》采用的主从结构低速率RS485通讯结构,实时控制由仪表本身完成,网络不干预或只处理对实时程度要求不高的控制。在计算机上客户能随心所欲地选择最先进的WWW网络版组态软件,此时在局域网上的每台计算机上安装标准IE浏览器,用户通过在浏览器中输入本间计算机IP地址即可对工业现场的数据监控,使管理和监控保持零距离,解决了中小企业的应用问题,力求实用性在统一的平台上做文章。 车间与厂部局域网的通讯距离让光纤来解决,用标准设备,集线器,交换机,光纤收发器,光纤有效通信距离单模光纤45KM,多模光纤3.5KM。 请登:WWW.YUDIAN.COM 厦门宇电科技有限公司 工程部

ChinaRen

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发表于:2003-10-20 15:00:00
30楼
各位: 你们好!在工控网上经常听到‘以太网’这个概念,能否请教何为以太网,他和DCS计算机控制系统有何不同之处。 作这种控制需要那些软件? 我的地址RCH19800@163.COM

flysky

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发表于:2003-10-29 10:04:00
31楼
变电所综合自动化系统与工业过程控制系统那个对实时性的要求更高呢?

LaneHu

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32楼
唐老师:      你好,能否将这篇文章传给我?

LaneHu

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发表于:2003-10-29 11:32:00
33楼
hulei@yxcsh.com

navygjh

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34楼
唐老师:   您好!能把这篇文章传给我吗?我想看看图形,谢谢! 我的Email:haihua2@hotmail.com

navygjh

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发表于:2003-11-20 10:13:00
35楼
唐老师,您好!我是一名刚接触以太网的学生,对这篇文章很感兴趣,但好像有些图表没有显示出来,麻烦您把完整的论文发给我好吗? 我的email: haihua2@hotmail.com

gongkongedit

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发表于:2003-12-02 21:03:00
36楼
无意中看到这个讨论,在下觉得获益菲浅,我现在遇到一个项目是关于以太网的,但是目前我有几点疑问(也许很菜),如果那位高人有兴趣的话,还请指点一二,谢了先! 一,就是关于上面大家讨论了很多一网到底的话题,到底能不能一网到底,工业以太网和现场总线的区别到底在哪里?一些资料上只是泛泛而谈,有没有稍具体点的内容。 二,工业以太网可靠性好,到底好在哪里,有没有具体的论述呢,我只看到大量的文章说工业以太网怎么怎么好,可靠,但是它为什么可靠呢? 由于我在做事情时喜欢问一些刨根底的问题,还望大家不要见笑。

xiaojun

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37楼
ding

chenping7618

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38楼
当然是变电所的实时性要求高了

工控哲学

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哗众取宠,本本主义。

HSY2505

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发表于:2004-02-17 22:25:00
40楼
好!!!!!!!!!!! 变电所的实时性要求很高,安全性以很重要。 唐老师:     您好!能把这篇文章传给我吗?我想看看图形,谢谢!    我的Email:HSY2505@21CN.com

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