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发表人：najhl82 |
发表时间：2005/9/30 14:50:00 |
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请教各位老师：工业以太网和现场总线之间有什么区别，如何正确理解。 |
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以下是关于《工业以太网和现场总线》论题的回复（共26篇，分2页显示） |
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回复：工业以太网和现场总线
提供内置网络和usb主机的cyan系列单片机
www.rlcyan.com
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回复：工业以太网和现场总线
OPTO22 , 早期提供现场总线产品，现在全部提供以太网控制系统，E网到底！www.opto22.com.cn
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回复：以太网何时取代自动化技术中的现场总线
以太网何时取代自动化技术中的现场总线
在考虑这个议题时，尤其耐人寻味的是，正当1999年12月31日的投票结果结束了多年现场总线争论的时候，有关这个问题的讨论更加激烈了。获悉投票结果的用户认为，现在终于能够借助基于IEC-标准且经受住考验的现场总线的解决方案来实现其通信任务了，且可以放心使用。因此，在探讨以太网（E）/现场总线（FB）问题时，必须从用户的观点出发，考虑他们的要求。
以太网多年来是一种可靠的通信标准，它主要用于商业上的数据处理。各类机构、银行和工业部门之间广泛的数据文件交换，包括国内的和国际的，过去和现在都是应用的重点，也是以太网广为应用的缘故。转入工业自动化之后，其应用主要是解决管理层、生产指挥层和控制层的任务。今天所达到的水平是用以太网将企业中心和自动化岛屿连接在一起。真正的自动化任务是由下位的单元级与现场级中的现场总线来解决的。
自动化任务的主要特征是实现临界时间的过程，如采集报警、时间打印和时间同步。数据安全性与数据的可靠传输相联系的快速控制过程，也是进一步的要求。在流程技术这个专门领域，还要保证在本质安全区中通信。对于不太复杂、但用量大的仪表，如开关电器，需要有价廉物美的现场总接口。自动化设备在空间上的延伸需要有合适的长电缆来解决通信问题。此外，制订出合适的冗余策略也是十分重要的。就以太网而言，上述要求在很大程度上还没有得到满足，虽然也存在着消除通信冲突的解决方案为此，专门规定了恢复功能（Re-coveryfunktion）。但是，以太网在时间上的要求与现场总线解决方案相比并不是首要的。编址的唯一性，网络分流元件的多样化和切换技术的提高是对扩展通信网络和电缆网络的支持。同下位分网络的连接是可以实现的。今天的以太网解决方案大多数是基于快速以太网（Fast-Ethernet），以此来实现星形结构。通过这种途径将以太网变成了IT技术集成的一部分。
对以太网和各类现场总线特征的探讨，使人们认识到，在何种领域内可以充分的利用现有的可能性，以及经济观点如何成为两种解决方案获得不同应用的原因。显而易见，这两种系统可以互补。但从应用观点来看，目前尚有明显不同的性能特征，因而相互取代对方是不现实的。
除了单纯的从功能上进行探讨外，还必须评价用户认为可靠的自动化策略和可用的系统与产品的解决方案。在此情况下，工程设计工具、仪器描述语言功能行规具有重要作用。在用以太网实现“现场总线”解决方案时，上述某些仪表功能应转为以太网下的通信工程。在以太网下传输数据文件时，信息技术上的特点是，例如要求开销很高（100：1）。在采集简单的I/O-数据时，其后果是传输种的一种负担，而且提高了系统内部的反应时间。可以采用适当的组态原则，引入应变控制传输方式，时钟同步印记和优先数据，以取代等距传输。在过渡到以太网上时，每台现场仪表适应系统所需要的部件上（链接器或接口）会影响安装总费用。无论从应用上，还是从经济上来看，都是如此。
用户投入资金是为了实现其以具体的自动化方案为基础的自动化战略。实施计划中雷击的经验、经营效益、工程设计和服务都是在投入时要加以考虑的因素。但是，所付出的资金不允许技术上反复无常和迅速变更已被证实为可靠的解决方案。
对以上各点的分析不难看出，在自动化技术中还存在着黑白分明的不同观点。这也许会使得用户和厂商面临着必须以巨大的投资来支持新的自动化战略的任务。这可能并不符合相关市场伙伴的意愿。在项目已确定的情况下，评价以太网和现场总线协作可能性的依据，通常是突出这种组合在技术上的合理性和经济上最为节省。生产厂纷纷采取行动，有的已经提供了建立统一通信的网络（例如，西门子的PROFIBUS+工业以太网）的部件。PNO正在制订以太网同PROFIBUS组合成为现场总线的方案，而且要保证工程设计的统一性。Fieldbus Foundation（FF）也在奉行相应的策略，提出了HSE项目。
理论上的考虑，或者首次测试结果都不能忽视这样一个事实，即为了将以太网带入现场，必须要有一个由测试合格的适配元件、链接器和接口组成的平台。人们从以上情况不难看出，工业自动化通信可能会，或者将要朝着什么方向发展。但是，不会出现革命性的变化。对于已经进入市场的现场总线而言，人们在短期内不可能期待以太网取代现场总线的事情发生。
德国西门子股份公司 Burghard von Glasow
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回复：参考
10多年前，没有一个严肃的工程师建议把以太网应用于工业控制。主要是因为以太网是为办公自动化设计的，并没考虑到工业要求，缺乏确定性、鲁棒性，在车间底层网中应用存在不可预见性。这种局面是由以太网协议本身造成的，以太网采用 CSMA/CD碰撞检测方式，每个节点通过竞争来取得信息包的发送权，节点通过监听信道，当发现信道空闲时，再发送信息，如果信道忙碌则需要等待。在开始发送信息后，需要检查是否发生碰撞，发送信息发生碰撞时，退出重发。这样如果网络比较忙碌，或冲突节点相距甚远时，就可能发生某些节点的信息不能及时发送，甚至长时间发不出去的情况，这在工业控制中是绝对不允许的。
今年来以太网的通信速率一再提高，千兆以太网已在局域网、城域网中普遍应用。对于同样的通信量，通信速率的提高意味着网络的负荷的减轻，而减轻网络负荷则意味着提高确定性。试验表明在网络负荷不超过 36%的情况下，以太网发生碰撞的可能性极小，而且交换技术的快速发展和应用克服以太网应用于控制领域的障碍。交换式以太网技术产生于 1992年，这项技术使得多个网上设备之间同时进行通信时不会有冲突发生。
当前，许多组织正在致力于发展IP和以太网技术，显然IT技术必将成为工业控制网络中的一部分。主要有两个组织致力于这方面的工作：The Industrial Ethernet Association (IEA, http://www.industialethernet.com)和Industrial Automation Open Networking Alliance (IAONA, http://iaona.com)。另外，各大公司也纷纷开发工业以太网技术，其中具有代表性的是现场总线基金会 (FF)的高速以太网HSE(即IEC61158标准中的类型5)和PROFIBUS联合会的PROFIBUS以太网。图3表示了由通信 栈 中以太网构成的部分、以太网与TCP/IP组合的部分以及一项应用(如 WWW)。PROFIBUS用户组织提出的PROFINet是将以太网、TCP/IP和具有PROFIBUS的WEB协议栈组合在一起，其中一个在另一个的上方。
随着微处理器和工业以太网的发展，未来的 I/O设备可以就是一台网络服务器，通过浏览器网页就可以实现设备的加载、组态、监控，维护。实际上，RABBIT Semiconductor公司推出发RABBIT2000单片机就提供了TCP/IP协议的接口，基于该微处理器开发的现场设备能够方便地进入 Internet，这使得远程控制与维护很容易实现。
基于现场总线的工业控制网络体系结构如图所示，由于在企业网络不同层次应用不同类型的网络，它们之间需要安装网关对数据进行转换，而今后的基于工业以太网的工业控制网络体系结构可能如图5所示，以太网贯穿于整个网络的各个层次，在提高了带宽和响应时间的同时，以其良好的互连性和 可 扩展性使之成为真正的开放式网络，以太网早已成为商业管理网络的首要选择，那么它应用于企业现场设备控制层是控制网络发展的趋势，将极大地促进信息从传感器到管理层的集成。
现场总线的标准众多，而且还有一下已经得到广泛应用但没有列入IEC61158B标准的现场总线标准(如LonWorks)，这给应用带来了许多不变，但是在工业控制领域中，用户的需求多种多样，这实际上就是现存现场总线本身协议众多的原因之一，而且应用实践表明现场总线技术为企业带来了方便和实实在在的经济效益。工业以太网虽然在现场应用方面取得了长足的进步，但是在很多地方还不能满足现场的应用，而且以太网层次复杂、在传输数据时开销大，所以工业以太网要想占据主导地位还是不现实的。现有的现场总线有它们各自的市场定位，而且在可预见的未来将保持这种状况。以太网扩展了现有的系统，但是它不可能完全代替现场总线，它们的融合是工业控制网络今后发展方向。
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回复：再参考
工厂里车间的面貌日新月异。在过去，我们面对的是起重机和电动车辆。现在，我们和网络技术打交道。从电流环到RS-485，从Modbus到Devicet 和PROCFInet,到处充斥着协议、技术和标准。
二十年前，分立制造系统尤如自动化的岛屿。可编程控制器技术处于支配地位。五年后，串行通信风靡一时。条形码读出器、定标器和操作者接口设备拓展了自动化岛屿的边界。
十年前爆发传感器总线大战。在随后的十年中，Interbus、SDS、DeviceNet、Profibus,以及其它各种总线此起彼伏，为其效率、数据包速率、确定性和成本争论不休。在这些日子里，控制工程师要竭尽全力解决各种问题，让网络系统正常地运转起来。
过去的五年相对地平静和繁荣。传感器大战已经结束；自动化岛屿已明显地扩张。上百种传感器网络已精简为几种标准总线。网络技术标准和依从性测试已赶上
供应商竞相增加网络设备的速度。培训计划和成熟的经验使自动化岛屿之间的互连成为可能，这仅仅在几年前还是无法想象的。
目前，对PLC控制的生产车间，以太网已实用化，局域网的战斗日益白热化。以太网是比传感器总线更优越？它在那类应用中？到目前为止还没有统一意见，就象
有关传感器总线一样，有种种不同的观点。在展望未来之前，先让我们考察一下目前的状况。
ASiBus
ASi是西门子公司推出的、PTO(Profibus贸易组织)支持的一种硬件替代总线。它具有主—从结构，从设备最多可达62个。它在单根电缆内整合了数据和电源，速度极快，对31个从设备而言，周期时间仅为5ms。ASi结构简单，较典型的通信网络中心支持更多的拓扑，包括星形、线型、分技术和树形结构。虽然它现在能够支持某些模拟数据，但仍不易支持串行设备，诸如条形码读出器、定标器、仪表和操作接口。 ASi增长十分快速。它日益广泛地使用在多种行业，尤其是食品加工、制瓶和制药行业，因为这些行业，不需要Profibus和DeviceNet的附加功能。
Modbus
Modbus是本文提及的所有网络通信标准中最早的一种。由于其历史悠久、普及率高、安装节点数多，它也是本文所讲的唯一串行通信标准。其协议简单、明了；每个设备表示为寄存器(16位无符号整数)和位的集合。一组带有精确消息帧的极简单命令集，使该协议成为串行设备的30年优胜者。由于它的设备表示方法简单、消息帧简明，容易实现Modbus。当然，寄存器和位还不具备恰当地表示较复杂设备(如质量流量控制器、运动控制器、以及驱动系统)的能力。
DeviceNet
DeviceNet是一个应用层协议，它使用最初由德国bosch公司研发的控制区域网(CAN)技术。CAN可支持单一拓扑，带节点的总线。尽管CAN能支持几千个节点且数据速率高达1MB，但DeviceNet仅限64个节点和125、250以及500KB速率工作的网络。它是一种主—从连接基网络；主设备由一个从设备请求连接，然后两个设备进行非控制和I/O数据连接的协商。一旦建立I/O连接，主设备使用查询、循环状态改变的通信方式与从设备通信。最近还增加了Time Synchronization(CIPsync)和DeviceNet Safety Network(CIPsafety)协议。
DeviceNet不具备对等通信能力。多数设备只支持传统的查询通信方式，而不支持吞吐率较高的循环或状态改变的工作方式。分段存储协议要求发送8字节以上的消息，过于复杂且需要大量的计算资源。
它支持的设备类型十分广泛，包括光眼、驱动器和质量流量设备，符合标准且大批量供货降低激烈的价格竞争，尤其对I/O设备。
Profibus DP
Profibus DP是一种工作于12MB的RS—485基I/O网络。Profibus是在设备上增加ASIC用硬件实现的。这是一种主—从网络结构，最多有126个节点和244字节消息，PTO是促进和维护该标准的供应商组织。
Profibus DP的工作速率较任何CAN网络(DeviceNet，CANopen等)快得多，后者最高只有1MB。它拥有大量供应商和现成的的产品；然而由于它要求专用硬件ASIC，在批量低时实施成本稍高。有Siemens的积极支持以及Siemens的可编程控制器内置的连接，Profibus DP 在欧洲市场占有绝对的优势。
ControlNet
ControlNet是DeviceNet和EtherNet/IP的先驱者，最初是作为Allen-Bardley Data Highway替代品研发的。它填补了高确定性和重复性网络的空白。它使用与DeviceNet或EtherNet/IP相同的控制与信息协议(CIP)应用层，让用户按专用的控制I/O或消息数据来配置每个消息。由于ControlNet要求专用的电缆，且与以太网相比速度不尽人意，因而其市场接纳率较低。
EtherNet/IP
EtherNet/IP是用于CotrolNet和DeviceNet的CIP技术的改进版。与这两种协议一样，EtherNet/IP是对象基的。网络中每个设备表示为一系列具有属性和值的对象。它采用传送控制协议(TCP)来传送消息数据；用连接设备协议(UDP)来传送I/O数据，由于EhterNet/IP上I/O数据是按UDP传送的，因此设备无法检测到冲突或未送达I/O消息。对象基设备表示法为EtherNet/IP网络上设备提供了一种功能强、完善而又容易实现的表示方法。同一对象的表示法对EtherNet/IP、ControlNet、以及DeviceNet都是一致的。任何熟悉后二种网络的人员，只要稍加培训和实践，就能安装和使用EtherNet/IP网络。但另一方面，EtherNet/IP是复杂的，规格仍在分类之中。
安装与研发也是比较复杂的。任何有一定能力的编程人员可以从事DevceNet工作，但若不想投入大量时间精力，最好不要贸然地涉足EtherNet/IP。
Modbus/TCP
Modbus/TCP是真正通过Ethernet TCP/IP途径的Modbus。它使用与Modbus同样的寄存器和位表示法，它还使用为Moubus定义的同样函数。所有Modbus消息和Modbus/TCP消息是一致的，只是后者未包括循环冗余码校验(CRC)字段。
任何有能力研发Modbus/TCP网络设备人员也能研发Modbus/TCP。协议的实施极其快速，非常适合专用诊断和配置应用。Modbus的简明性既是它的最大优点，也是它的最大缺点。虽然容易明了和快速实施，Modubus/TCP缺少标准化。一个供应商的Modubus/TCP 产品和另一个供应商的产品截然不同。用户可从因特网上下载免费的Modubus/TCP依从性测试程序。
PROFInet
PROFInet是基于Microsoft提供的DCOM和RPC技术的以太网应用层协议。PROFInet网络上设备被表示为对象。用户可通过访问每个PROFInet设备的默认对象来审视任何该网络设备，并了解它的性能，该协议与本文上述任何其它协议不同，它是免费的，可从PTO获得。NetSilicon提供Microsoft Windows、VxWorks、以及Net—OS用的各种版本。由于Windows已内置了基础技术，从Windows访问一个PROFInet设备是相对简单的；当然实现PROFInet需要大量的资源。免费代码极其庞大，需要大量的OS资源，这里要特别指出，虽然PROFInet是PTO支持的，但它与Profibus毫无共同之处。
CANopen
CANopen是一种CAN应用层协议。DeviceNet更多地是面向连接的，而CANopen是面向对象的。它支持两种基本消息：服务数据消息和过程数据消息。前者用于大批量，低优先级消息；后者则用于高优先级，少批量消息。与DeviceNet一样，CANopen具有CAN 的优点和局限性；而与DeviceNet不同，CANopen不是连接基，且支持对等消息。在产生方式，一个CANopen设备只是产生数据而不顾及谁来接收。CANopen中设备表示比DeviceNet设备更简单。CANopen不需要很多开销且具有极其简明的状态机器。请注意这样一个事实，在美国只有少数可编程控制器供应商支持CANopen通信，另一方面，虽然CANopen是一个欧洲标准，它正在迅速打入美国，特别是在网络化OEM机器市场。
以太网在冉冉升起
在所有这些网络中，以太网协议获得最大的成功，这有三个重要因素在起作用。
对以太网有极大兴趣：Modbus/TCP在吸引很多供应商，尽管PROFInet深受Siemens客户群的欢迎，DeviceNet、ControlNet以及EtherNet/IP间的公用CIP层却深深吸引
着其它客户。今年，所有这些技术会随着ODVA和PTO供应商向市场投放新产品而急剧增长。
当前，嵌入了EhterNet媒体访问控制器(MAC)32位ARM控制器的价格已接近标准8位控制器的价格，供应商正竭尽全力创建带片上闪存、RAM和CAN控制器的ARM控制器，今年，有可能花少量资金用带片上局域网的嵌入式40MHz、32位处理器来替代8位、20MHz CAN控制器。若能成功，Web服务器结构就能使用以太网，然后无额外开销地向用户提供通信功能。
DeviceNet和Profibus是现场总线大战的产物，每一种技术的背后都有“巨人”做靠山，特别是Alley-Bardley对DeviceNet和Siemens对PROFInet的支持，现在巨人们又要为统一的全球以太网标准一争高低。在某些应用领域(如远程传送)，DeviceNet中继/分接技术优于以太网星形技术，但对于那些势均力敌的竞争，以太网通常要略胜一筹。
不管是对是错，用户就是喜欢以太网，在他们的眼中，有时可能不正确，它价廉物美，他们了解它，能驾驭它，在长期工作中已具备了实现它的专业知识。因此，无论DeviceNet和Profibus在目前如何流行，以太网最终将取得胜利，并支配整个工业自动化领域。无论如何，对工业网络来说，今年将是鼓舞和期盼的一年。
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深圳讯记科技有限公司国内首家推出自主研发生产的Profibus dp数据光端机，在功能上完全可以替代西门子的OLm.
Ci-pf110 pofibus光端机/ 2M(500K,1M,5M,10M可选),DB9/工业端子,SC1310nm单/多模单/双光,点对点,DIN35导轨,DC10-30V /
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公司名称：深圳讯记科技有限公司
联系方式：13424258101 郭建群
常用邮箱：guojq@comark.cn(如果需要详细的资料可以发我邮件，我会及时的回复您）
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