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                                                                  凯发娱乐财富博彩_以太网与现场总线技能


                                                                  文章出处:网络整理 作者:凯发娱乐财富博彩 人气: 8111 次 时间:2018-03-12 08:01



                                                                    【择要】本文就以太网在自动化规模应用近况及远景、以太网与现场总线技能等热门题目,从技能较量出发,颁发了小我私人观点。本文以为:以太网在工场打点层、车间监控层将成为主流技能,与互连网技能团结是将来eManufactory技能基本; 在没有严酷时刻要求的装备层也将得到必然的成长;但对一样平常家产收集要求及时性、确定性通讯场所,现场总线技能还将处于主导职位;我们必需学谋面临一个多种收集技能并存的实际天下。


                                                                    【要害词】以太网 现场总线 PLC


                                                                    【正文】


                                                                    媒介:


                                                                    以太网及TCP/IP通讯技能在IT行业得到了很大的乐成, 成为IT行业应用中首选的收集通讯技能。连年来,因为国际现场总线技能尺度化事变没有到达人们抱负中的功效,以太网及TCP/IP技能慢慢在自动化行业中获得应用,并成长成为一种技能潮水。


                                                                    以太网在自动化行业中的应用应该区分为两个方面题目,可能说两个条理的题目。一是工场自动化技能与IT技能团结,与互连网Internet技能团结,成为将来也许的制造业电子商务技能、收集制造技能雏形。大大都专家们对自动化技能这种成长趋势给以必定的评价。另一个方面,即以太网可否在家产进程节制底层,也就是装备层或称为现场层普及应用? 可否成为乃至代替现有的现场总线技能成为同一的家产收集尺度?这些题目实为今朝自动化行业专家们争论的热门。本文将只就这一题目,从以太网与现场总线的技能较量出发,谈谈小我私人观点。


                                                                    1. 以太网指的是什么


                                                                    什么是“以太网”?以及相干的IEEE 802.3及TCP/IP技能? 这对计较机收集工程师也许是根基知识,但我们自动化技能工程师未必清晰。在接头以太网与自动化技能及现场总线技能之前,有须要先澄清一下这几个根基术语的寄义。笔者查阅了有关资料,现将有关“以太网”、IEEE 802.3及TCP/IP相干的技能配景择要如下:


                                                                    (1) 以太网:


                                                                    ►1975年: 美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心研制乐成[METC76],该网回收无源电缆作为总线来传送数据帧,故以撒播电磁波的“以太(Ether)”定名。


                                                                    ►1981年:美国施乐(Xerox)公司+数字设备公司(Digital)+英特尔(Intel)公司连系推出以太网(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”所描写的技能。


                                                                    


                                                                     (2) IEEE802.3


                                                                    ►80年月初期: 美国电气和电子工程师学会IEEE 802委员会拟定出局域网系统布局, 即IEEE 802参考模子.


                                                                    IEEE 802参考模子相等于OSI模子的最低两层:


                                                                    


                                                                    ►1983年:IEEE 802 委员会以美国施乐(Xerox)公司+数字设备公司(Digital)+英特尔(Intel)公司提交的DIX Ethernet V2为基本,推出了IEEE802.3


                                                                    ►IEEE802.3又叫做具有CSMA/CD(载波监听多路会见/斗嘴检测)的收集。CSMA/CD是IEEE802.3回收的媒体接入节制技能,或称介质会见节制技能。


                                                                    


                                                                    因此: IEEE802.3 以“以太网”为技能本相,本质特点是回收CSMA/CD 的介质会见节制技能。“以太网”与IEEE802.3略有区别。但在忽略收集协议细节时, 人们风俗将IEEE802.3称为”以太网”。


                                                                    


                                                                    与IEEE 802 有关的其余收集协议:


                                                                    IEEE 802.1—概述、系统布局和收集互连,以及收集打点和机能丈量。


                                                                    IEEE 802.2—逻辑链路节制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收集,界说CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的类型。


                                                                    IEEE 802.4—令牌总线网。界说令牌转达总线网的MAC子层和物理层的类型。


                                                                    IEEE 802.5—令牌环形网。界说令牌转达环形网的MAC子层和物理层的类型。


                                                                    IEEE 802.6—城域网。


                                                                    IEEE 802.7—宽带技能。


                                                                    IEEE 802.8—光纤技能。


                                                                    IEEE 802.9—综合话音数据局域网。


                                                                    IEEE 802.10—可互操纵的局域网的安详。


                                                                    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是多台沟通或差异范例计较机举办信息互换的一套通讯协议。TCP/IP协议组的精确名称应该是internet协议族,TCP和IP是个中两个协议。而internet协议族TCP/IP还包括了与这两个协议有关的其余协议及收集应用,如用户数据报协议(UDP)、地点转化协议(ARP)和互连网节制报文协议(ICMP)。因为TCP/IP是internet回收的协议组,以是将TCP/IP系统布局称作internet系统布局。


                                                                    ►以太网是TCP/IP行使最广泛的物理收集,现实上TCP/IP技能支持各类局域收集协议,包罗:令牌总线、令牌环、FDDI(光纤漫衍式数据接口)、SLIP


                                                                    (串行线路IP)、PPP(点到点协议)、X2.5数据网等。见图1:TCP/IP技能支持的各类局域收集协议


                                                                    因为TCP/IP是天下上最大的Internet回收的协议组,而TCP/IP底层物理收集大都行使以太网协议,因此,以太网+TCP/IP成为IT行业中应用最广泛的技能。


                                                                    本文主题中所提到的“以太网”,按风俗首要指IEEE 802.3协议,假如进一步回收TCP/IP协议族,则回收“以太网+TCP/IP”来暗示。


                                                                    


                                                                    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行业中垄断全国,其技能特点首要得当信息打点、信息处理赏罚体系。但为什么连年来会慢慢向自动化行业成长,形成与现场总线技能竞争的排场?回首连年来自动化技能的成长, 可以相识到个中的原委。


                                                                    (1) 自动化技能从单机节制成长到工场自动化FA,成长到体系自动化


                                                                    连年来,自动化技能成长使人们熟悉到,纯真提跨越产装备单机自动化程度,并不必然能给整个企业带来好的效益;因此,企业给自动化技能提出的进一步要求是:将整个工场作为一个体系实现其自动化,方针是实现企业的最佳经济效益。因此,有了当代制造自动化模子,见图2。以是说自动化技能由单机自动化成长到体系自动化。


                                                                    


                                                                    自动化技能从单机节制向工场自动化FA、体系自动化偏向成长。制造业对自动化技能提出了数字化通讯及信息集成的技能的要求;即要求应用数字通讯技能实现工场信息纵向的透明通讯。


                                                                    (2)工场底层装备状态及出产信息集成、车间底层数字通讯收集是信息集成体系的基本


                                                                    为满意工场上层打点对底层装备信息的要求, 工场车间底层装备状态及出产信息集成是实现全厂FA/CIMS的基本。见图3: 工场自动化信息收集分层布局:工场打点级、车间监控级、现场装备级


                                                                    


                                                                    (3) 现场总线技能的发生


                                                                    现场总线(FieldBus)是工场底层装备之间的通讯收集,是计较机数字通讯技能在自动化规模的应用,为车间底层装备信息及出产进程信息集成提供了通讯技能平台.图4是工场底层应用现场总线技能实现了全厂信息纵向集成的透明通讯,即从打点层到自动化底层的数据存取.


                                                                    


                                                                    (4) 现场总线国际尺度之一ROFIBUS技能


                                                                    ROFIBUS技能是1987年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构连系开拓;1989年核准为德国家产尺度DIN 19245(PROFINUS-FMS/-DP);1996年核准为欧洲尺度EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP);1999年PROFIBUS成为国际尺度 IEC 61158 的构成部门(Type III).


                                                                    PROFIBUS技能为装备层提供了PROFIBUS-DP和-PA技能,为车间层提供了PROFIBUS-FMS技能,见图5。


                                                                    ►PROFIBUS-DP是装备层现场总线, 用于节制器(如PLC、PC、NC)与现场节制装备(如驱动器、检测装备、HMI等)之间的通讯总线;


                                                                    ►装备层现场总线技能具有高速(12M)、及时、确定、靠得住特点(如-DPV2可用于行为节制),传输的数据量相对较小。


                                                                    ►PROFIBUS-PA也是装备层总线,具有IEC61158-2的物理层,可实现总线供电,并有本质安详技能。


                                                                    ►PROFIBUS-FMS车间级现场总线,首要用于车间级装备监控。首要完成车间出产装备状态及出产进程监控、车间级出产打点、车间底层装备及出产信息集成。车间级现场总线具有传输数据量大、应用层信息类型完备等特点,对收集及时性要求不高。


                                                                    


                                                                    (5)国际现场总线技能尺度IEC61158


                                                                    按照现场总线技能观念,面临自动化行业变化多端的现场仪表装备,要实现差异厂家差异种类产物的互连,现场总线技能尺度化事变至关重要。为此, 国际IEC委员会于1984年提出拟定现场总线技能尺度IEC1158(即IEC61158)。


                                                                    A. IEC 61158方针:IEC1158的方针是拟定面向整个家产自动化的现场总线尺度。为此,按照差异行业对自动化技能的需求差异,将自动化技能分为五个差异的行业;见图6:IEC1158的方针。IEC61158是要拟定出一部满意家产自动化五大行业差异应用需求的现场总线技能尺度。


                                                                    


                                                                    B.妥协的功效


                                                                    颠末十几年的全力,1998年,对IEC 61158 (TS)举办投票。因为IEC 61158 (TS)只包括了Process Control部门,因此,IEC 61158 (TS)没有通过投票,自动化行业等候了十多年的同一的现场总线技能尺度的全力失败。1999年12月,IEC61158放弃了原有假想,通过妥协方案,即: 以IEC 61158 (TS)+ Add.Protocols作为IEC61158技能尺度的方案;个中Add.Protocols包括Control Net、PROFIBUS、P-Net、FF HSE、Swift Net、WorldFIP和Interbus总线。


                                                                    自动化行业将面对一个多种总线技能尺度并存的实际天下。


                                                                    C.IEC 61158成长过程给我们的启迪


                                                                    面临当今以太网在自动化规模的应用潮水,IEC 61158成长过程至少给了我们两点启迪,这对我们可以或许苏醒面临实际颇有甜头:I、家产自动化技能应用于各行各业,行使一种现场总线技能不行能满意全部行业的技能要求;现场总线差异于计较机收集,人们将谋面临一个多种总线技能尺度共存的实际天下。II、技能成长很洪流平上受到市场纪律、贸易好处的制约;技能尺度不光是一个技能类型,也是一个贸易好处的妥协产品。


                                                                    (6)以太网进入自动化规模


                                                                    IEC61158拟定同一的现场总线技能尺度全力的失败,使一部门人天然转向了在IT行业已经得到乐成的以太网技能。因此,现场总线尺度之争,给了以太网进入自动化规模一个可贵的机遇。起劲推进这种技能观念的如法国施耐德公司,面向工场自动化提出了基于以太网+TCP/IP的办理方案,称之为“透明工场”。望文生义可以领略为:“协议类型同一,信息透明存取”。 施耐德公司是将以太网技能引入工场装备底层,普及代替现有现场总线技能的起劲建议者和实践者,,已有一批家产级产物问世和现实应用。


                                                                    3. 太网在自动化规模应用近况


                                                                     今朝,以太网家产在自动化规模已有不少乐成应用实例,首要齐集在以下几个方面:


                                                                    (1) 车间级出产信息集成:首要由专用出产装备、专用测试装备、条码器、PC机及以太收集装备构成;首要成果是完成车间级出产信息及产物质量信息的打点。打点层信息收集:即支撑工场打点层MIS体系的计较机收集。首要完成如ERP的信息体系。SCADA体系:出格是一些地区普及、含有计较机广域网技能、无线通讯技能的SCADA体系,如都市供水或污水管网的SCADA体系、水利水文信息监测SCADA体系等。个此外节制体系收集:个体要求高靠得住性和必然及时性的漫衍式节制体系也有回收以太网+TCP/IP技能,并得到很好的结果;如水电厂的计较机监控体系。


                                                                    既然以太网已乐成的应用于家产自动化诸多方面,既然IEC61158没有给出一个同一的现场总线技能尺度,为什么不能将以太网技能引入家产进程节制底层,即装备层,成为乃至代替现有的现场总线技能成为同一的家产收集尺度?这就回到了本文开篇的话题。在这个题目上,撤除各公司好处代言人从公司市场好处出发的贸易宣传不算,就是自动化行业专家们也是智者见智,仁者见仁,观点不尽沟通。笔者从事现场总技能研发事变,风俗从技能方面将以太网与现场总线技能举办较量,从而得出几点观点。


                                                                    4. 以太网与现场总线技能的较量


                                                                    (1) 物理层


                                                                    现场总线


                                                                    A. 传输介质:大都回收屏障双绞电缆(RS-485)、光纤、同轴电缆,以办理长线传输、数据传输速度和电磁滋扰等题目。也有无线传输方案,以顺应差异场所必要。


                                                                    B. 插件:各类防护品级家产级的接插件。


                                                                    B. 线供电及本质安详:如IEC61158-2,用于流程节制及要求防爆成果的场所。


                                                                    D. 编码:异步 NRZ、位同步曼彻斯特编码等。


                                                                    E. 传输速度:9.6k~12M


                                                                    以太网


                                                                    A. 传输介质:UTP3类线、UTP5类线、 屏障双绞电缆、光纤、同轴电缆, 无线传输的办理方案。


                                                                    B. 插件:RJ45、AUI、BNC


                                                                    C. 总线供电及本质安详:无。


                                                                    D. 编码:同步、曼彻斯特编码。


                                                                    E. 传输速度:10M、100M


                                                                    (2) 介质会见节制方法


                                                                    现场总线:


                                                                    现场总线的介质会见节制方法要满意家产节制收集的要求,即通讯的及时性和确定性。确定性指站点每次获得收集处事隔断和时刻是确定的;及时性指收集分派给站点的处事时刻和隔断可以担保站点完成它确定的使命。


                                                                    今朝现场总线技能回收的介质会见节制方法首要有:令牌、主从、出产者/客户(producer/consumer)


                                                                    以太网


                                                                    CSMA/CD(载波监听多路会见/斗嘴检测)是以太网(或IEEE802.3)回收的介质会见节制方法,假如不是这样就不是以太网(或IEEE802.3);好比回收令牌调治方法,应是基于IEEE 802.4令牌总线网。


                                                                    按照CSMA/CD(载波监听多路会见/斗嘴检测)机理,它不能满意家产收集通讯的及时性和确定性要求。因为以太网与CSMA/CD具有对等的技能内在,可以说以太网不是传统家产收集要求的及时性和确定性收集。


                                                                    


                                                                    (3)传输服从:差异收集对报文长度有一个限定。在收集报文中,除了有用传输数据之外,尚有一些作为同步、地点、校验等附加字段。有用数据字段与附加字段之比反应的收集有用数据传输的服从,可能说反应一次有用数据传输的价钱。凡是报文名目如下:


                                                                    


                                                                    传输服从=有用数据长/[所有附加字段长+有用数据长]


                                                                    


                                                                    以太网所有附加字段长=26字节最大有用数据长=1500字节最小有用数据长=1字节(小于46时填0)最大传输服从=1500/(1500+26)=98.3%最小传输服从=1/(1+26+45)=1.39% 现场总线PROFIBUS所有附加字段长=11字节最大有用数据长=244字节最小有用数据长=1字节最大传输服从=244/(244+11)=95.69%最小传输服从=1/(1+11)=8.33%


                                                                    家产网典范传输数据量(字节) 传输服从 家产网典范传输数据量(字节) 传输服从


                                                                    8 11.11% 8 42.11%


                                                                    16 22.22% 16 59.26%


                                                                    24 33.33% 24 68.57%


                                                                    32 44.44% 32 74.42%


                                                                    40 55.55/5 40 78.43%


                                                                    48 64.86% 48 81.36%


                                                                    56 68.29% 56 83.58%


                                                                    64 71.11% 64 85.33%


                                                                    128 83.11% 128 92.09%


                                                                    


                                                                    


                                                                    (3) 现场装备信息类型及成果类型


                                                                    现场装备信息名目及成果描写类型称为”行规”(Profile), 行规可有用实现各类现场装备应用层互联。


                                                                    例:PROFIBUS行规:


                                                                    ▼NC/RC行规 (呆板人、数控行规)


                                                                    ▼各类速率驱动器的行规


                                                                    ▼操纵员节制和进程监督 (HMI) 行规


                                                                    ▼对编码器的行规


                                                                    ▼节制器间通讯的行规


                                                                    ▼楼宇自动化的行规


                                                                    ▼低压开关装置的行规


                                                                    ▼温度、压力、液位、流量变送器和定位器等行规


                                                                    3. 以太网在自动化规模能走多远


                                                                    以太网在工场自动化打点层和车间监控层已获得普及应用和用户承认,在装备层对及时性没有严酷要求场所也有很多应用;假如以太网但愿走的更远,可以或许全面进入工场底层成为装备毗连的首要收集技能,那么,以太网必需作出技能改造。


                                                                    (1) 改造物理层


                                                                    A. 传输介质应能提供多种家产级护套和铠装电缆、光纤等.


                                                                    B. 各类防护品级家产级的接插件。


                                                                    C. 应该具有总线供电及本质安详的办理方案, 用于流程节制及要求防爆成果的场所。


                                                                    (2) 怎样满意及时性和确定性要求? 进步带宽、镌汰碰撞是最直接的步伐,有必然结果;但“只管的快”和“必然快”是差异的。连年来,以太网在CSMA/CD技能基本上也有一些改造,如应用智能集线器、互换机技能等,但没有从机理上担保通讯的及时性和确定性。


                                                                    怎样进一步办理这个题目?无非有软件为主和硬件为主的两种思绪;硬件方案是计划新型智能收集互换装备,但愿不要一味走增进带宽的老路;软件办理方案是在必然带宽资源基本上,由软件调治实现及时、确定性通讯成果。


                                                                    必要指出的是,以太网技能存在上述缺憾,不料味着以太网就不能在现场层应用,究竟上以太网在许多对时刻要求不长短常苛刻的现场层,已有许多乐成应用典型。


                                                                    (3) 本钱:以太网进入现场层,单站点本钱是必须思量的身分;与今朝现场总线(PROFIBUS、DeviceNet、ControlNet)产物竞争。


                                                                    4. 以太网可否代替现场总线技能成为同一的家产收集尺度


                                                                    (1) 猜测将来是最艰巨的事;现场总线是专为家产现场层装备通讯计划,是为自动化量文体衣的技能。以太网计划初志是办公网,用于数据处理赏罚。从技能较量出发好像很轻易得出结论。但技能成长受社会政治、经济影响,市场身分很洪流平阁下技能走向,回首计较机成长汗青,这种先例不胜列举。因此,以太网在工场自动化车间监控层及打点层将成为首要应用技能,出格是回收TCP/IP协议可与互连网Internet毗连, 是将来eManufactory的技能基本。在装备层,在没有严酷的时刻要求前提下,以太网也可以有部门市场。在以太网可以或许真正办理及时性和确定性题目之前,大部门现场层如故会首选现场总线技能。


                                                                    (2) 一体化与多元化并存


                                                                    面临这样一个多种家产总线技能并存的近况,我们应该有一个豪迈的心态。哲学家汇报我们,一体化与多元化是一对互为依存的抵牾,将长时刻共存与竞争;以太网反应了人们要求技能尺度化、一体化的愿望,而实际是不能用一种技能包围各行业全部差异需求。IEC61158的成长过程就给了我们一个深刻的启迪,我们必需学谋面临一个多种家产总线技能竞争和共存的实际天下。


                                                                    4. 也许的办理方案


                                                                     在面临详细题目时怎样作出选择呢?我以为,就事论事是明智之举。简朴地说,你的项目最得当行使什么技能就回收什么技能。


                                                                    (1)车间级出产信息集成更得当行使以太网


                                                                    来由如下:


                                                                    A. 大都加工装备具有RS-232接口:如条码机, 专用工装备;


                                                                    B. 及时性, 确定性, 靠得住性要求不高;


                                                                    C. 与上层收集的信息类型和软件接口兼容


                                                                    (2) 装备级节制优先选用现场总线技能


                                                                    来由如下:


                                                                    A. 及时性, 确定性, 靠得住性要求;


                                                                    B. 专用性: 如必要严酷同步的行为节制回收Sercos、PROFIBUS-DPV2;


                                                                    C. 靠得住性:家产级的传输层加强体系靠得住性;


                                                                    D. 现场总线技能种类、产物繁多,可以或许提供各类本钱的办理方案。


                                                                    (3)其余:按照技能要求,就事论事的选择你的办理方案。




                                                                  摘自 中国自动化网



                                                                  上一篇:智能家居中蓝牙技能的应用 下一篇:深度分解:智能化照明节制体系说明概述