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以太网及现场总线技术
以太网与现场总线技术
出处:
中国自动化网责任编辑:
崔丽[2004-12-2913:
55]
【导读】以太网在工厂治理层、车间监控层将成为主流技术。
【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,从技术比较动身,发表了个人观点。
本文以为:
以太网在工厂治理层、车间监控层将成为主流技术,与互连网技术结合是以后eManufactory技术基础;在没有严格时刻要求的设备层也将取得必然的进展;但对一样工业网络要求实时性、确信性通信场合,现场总线技术还将处于主导地位;咱们必需学会面对一个多种网络技术并存的现实世界。
【关键词】以太网现场总线PLC
前言:
以太网及TCP/IP通信技术在IT行业取得了专门大的成功,成为IT行业应用中首选的网络通信技术。
最近几年来,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技术慢慢在自动化行业中取得应用,并进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,成为以后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进展趋势给予确信的评判。
另一个方面,即以太网可否在工业进程操纵底层,也确实是设备层或称为现场层普遍应用?
可否成为乃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辩的热点。
本文将只就这一问题,从以太网与现场总线的技术比较动身,谈谈个人观点。
1.以太网指的是什么
什么是“以太网”?
和相关的IEEE及TCP/IP技术?
这对运算机网络工程师可能是大体常识,但咱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大体术语的含义。
笔者查阅了有关资料,现将有关“以太网”、IEEE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PaloAlto研究中心研制成功[METC76],该网采纳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:
修改成第二版,DIXEthernetV2
因此:
“以太网”应该是特指“DIXEthernetV2”所描述的技术。
(2)
80年代初期:
美国电气和电子工程师学会IEEE802委员会制定出局域网体系结构,即IEEE802参考模型.
IEEE802参考模型相当于OSI模型的最低两层:
1983年:
IEEE802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DIXEthernetV2为基础,推出了
又叫做具有CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)的网络。
CSMA/CD是采纳的媒体接入操纵技术,或称介质访问操纵技术。
因此:
以“以太网”为技术原形,本质特点是采纳CSMA/CD的介质访问操纵技术。
“以太网”与略有区别。
但在忽略网络协议细节时,人们适应将称为”以太网”。
与IEEE802有关的其它网络协议:
IEEE—概述、体系结构和网络互连,和网络治理和性能测量。
IEEE—逻辑链路操纵LLC。
最高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。
IEEE—CSMA/CD网络,概念CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的标准。
IEEE—令牌总线网。
概念令牌传递总线网的MAC子层和物理层的标准。
IEEE—令牌环形网。
概念令牌传递环形网的MAC子层和物理层的标准。
IEEE—城域网。
IEEE—宽带技术。
IEEE—光纤技术。
IEEE—综合话音数据局域网。
IEEE—可互操作的局域网的平安。
IEEE—无线局域网。
IEEE—优先高速局域网(100Mb/s)。
IEEE—(未利用)
IEEE—有线电视(Cable-TV)
向补充:
IEEE802委员会从1980年开始研究局域网的标准,1985年发布IEEE802标准的五项标准文本,同年ANSI采纳作为美国国家标准,ISO也将其作为局域网的国际标准,对应标准为ISO8802。
后来又扩充了多项标准文本。
概述、体系结构、网络互连、网络治理、性能测试。
增强网络平安的协议(2002年6月24日《运算机世界》网络通信版,D18版)。
逻辑链路操纵LLC;不工作。
CSMA/CD概念CSMA/CD总线网的介质访问操纵MAC和物理层标准。
万兆(10G)以太网标准。
只能利用光纤传输。
宽带波分复用WWDM
PoE,2003年6月提出的能够在现有的5类线以太网上为一些用户设备(如IP、无线网络接入点AP、平安网络摄象机和其它一些基于IP的设备)在提供数据传输的同时,还为用户设备提供直流电供电能力,这是一个新的以太网标准。
(参见中国运算机报网络与通信C9版,《PoE抛掉电力线》一文)
避免网络形成循环和相同数据包在网络中来回传送并消耗带宽的的生成树运算法那么。
VLAN的标准协议,许诺用户从点A到点B成立一条平安的通道。
令牌总线网接入方式和物理信号。
令牌环网接入方法和物理信号。
城域网MAN,接入方式和物理信号。
宽带TAG:
宽带技术的顾问小组(不工作)。
光纤TAG;光纤技术
同步局域网工作小组:
接入方式和物理信号。
综合话音局域网
等时以太网(Isochronous—Ethernet)
可操作的局域网的平安,所有IEEE802标准的多种平安级别。
无线局域,有、b、b+、d、e、f、g、i和J等标准。
需求优先级工作小组,接入方式和物理信号。
100—VGAnylan。
未利用
基于有线电视的宽带通信网络(CATVCableTV,CommunityAntennaTV)(已废除)
无线个人局域网工作小组:
短距离无线网络标准。
宽带无线接入研究小组。
弹性的分组环靠得住个人接入技术。
无线电调整技术咨询组。
共存技术咨询组。
移动宽带无线访问。
符合802标准的网络与非802网络之间的互通。
无线地域性网络工作组(WRANs)。
摘自清华大学出版社2005年第1版《运算机网络与通信》Page61。
附摘录:
IEEE802
(下载:
)
Semiconductordevicesforlowpowerwirelesssensornetworks
Network-enableserialdevicesforconnectivity.WPAsupported
LowcostZigBee/ModulesforOEMs&systemintegrators
ZigBee,ZwaveUpdatedEveryQuarter
IEEE802系列标准
是802LAN/MAN标准委员会制定的、技术标准。
其中最普遍利用的有、、等。
这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。
现有标准
局域网协议高层
IEEE令牌总线
IEEE
IEEE宽带TAG
IEEEFDDI
IEEE同步局域网
IEEE局域网网络平安
IEEE需求优先级
IEEE(未利用)
IEEE电缆调制解调器
IEEE
IEEE宽带无穷接入
IEEE靠得住个人接入技术
(3)TCP/IP协议
TCP/IP是多台相同或不同类型运算机进行信息互换的一套通信协议。
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还包括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)和互连网操纵报文协议(ICMP)。
由于TCP/IP是internet采纳的协议组,因此将TCP/IP体系结构称作internet体系结构。
以太网是TCP/IP利用最普遍的物理网络,事实上TCP/IP技术支持各类局域网络协议,包括:
令牌总线、令牌环、FDDI(光纤散布式数据接口)、SLIP
(串行线路IP)、PPP(点到点协议)、数据网等。
见图1:
TCP/IP技术支持的各类局域网络协议
由于TCP/IP是世界上最大的Internet采纳的协议组,而TCP/IP底层物理网络多数利用以太网协议,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”,按适应要紧指IEEE协议,若是进一步采纳TCP/IP协议族,那么采纳“以太网+TCP/IP”来表示。
以太网+TCP/IP作为办公网、商务网在IT行业中独霸天下,其技术特点要紧适合信息治理、信息处置系统。
但什么缘故最近几年来会慢慢向自动化行业进展,形成与现场总线技术竞争的局面?
回忆最近几年来自动化技术的进展,能够了解到其中的原委。
(1)自动化技术从单机操纵进展到工厂自动化FA,进展到系统自动化
最近几年来,自动化技术进展令人们熟悉到,单纯提高生产设备单机自动化水平,并非必然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正确经济效益。
因此,有了现代制造自动化模型,见图2。
因此说自动化技术由单机自动化进展到系统自动化。
<现代制造自动化模>
自动化技术从单机操纵向工厂自动化FA、系统自动化方向进展。
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
为知足工厂上层治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:
工厂治理级、车间监控级、现场设备级
<工厂自动化信息网络分层结构:
工厂治理级、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,是运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进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,即从治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DIN19245(PROFINUS-FMS/-DP);1996年批准为欧洲标准EN50170(PROFIBUS-FMS/-DP);1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部份(TypeIII).
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,用于操纵器(如PLC、PC、NC)与现场操纵设备(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、确信、靠得住特点(如-DPV2可用于运动操纵),传输的数据量相对较小。
PROFIBUS-PA也是设备层总线,具有IEC61158-2的
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