网络控制技术谢昊飞李勇第6章工业以太网.pptVIP

第6章 工业以太网 内容提要 6.1 工业以太网与实时以太网 6.2 IEC61784-2标准 6.3 IEC61784-1/2与IEC61158 6.4 EPA技术简介 6.5 ProfiNet技术简介 6.6 HSE技术简介 6.1 工业以太网与实时以太网 多个现场总线并存的局面给用户带来了互联、互可操作性等许多困扰，与此同时，以太网在商业领域取得巨大成功并几乎统一了企业的管理层网络，近些年已经开始在底层控制网络得到应用。 21世纪初，工业以太网开始成为工业界研究的热点，出现了像HSE、PROFINET、EPA等有影响力的工业（实时）以太网标准。 实时以太网就是考虑到现场总线的实时性与以太网通信技术相结合，建立的适合于工业自动化并有实时能力的以太网总线。 6.1 工业以太网与实时以太网 实时的含义是指对一个给定的应用，保证在一个确定的时间内控制系统能对信号做出响应，而以太网由于采用CSMA/CD的介质访问控制机制，而具有通信不确定性的特点。提高网络传输速度，其中的关键问题在于提高以太网的实时性与可靠性。 通常，人们习惯上将用于工业控制系统的以太网统称为工业以太网。但是按照国际电工委员会SC65C的定义，工业以太网是用于工业自动化环境，符合IEEE 802.3标准，按照IEEE 802.1D--”介质访问控制（MAC）网桥”规范和IEEE 802.1Q--”局域网虚拟网桥”规范，对其没有进行任何实时扩展而实现的以太网。 6.2 IEC61786-2标准 2003年5月，IEC/SC65C成立了WG11工作组，旨在适应实时以太网市场应用需求，制定实时以太网应用行规国际标准。 IEC/SC65C在IEC61158（工业控制系统中现场总线的数字通信标准）的基础上制定的实时以太网应用行规国际标准IEC61786-2 。 2005年3月IEC实时以太网系列标准作为PAS文件（表6-1所示）通过了投票，并于2005年5月在加拿大将IEC发布的实时以太网系列PAS文件正式列为实时以太网国际标准IEC 61786-2。 6.2 IEC61786-2标准 Ethernet/IP 1998年初，ControlNet国际组织CI开发了由ControlNet和DeviceNet共享的、开放的和广泛接受的基于 Ethernet的应用层规范。 2000年底CI、工业以太网协会（IEA）和开放的DeviceNet供应商协会（ODVA，Open DeviceNet Vendor Association）组织提出EtherNet/IP的概念 EtherNet/IP技术采用标准的以太网芯片，并采用有源星形拓扑结构，将一组装置点对点地连接至交换机，而在应用层则采用已在工业界广泛应用的开放协议——控制和信息协议CIP，CIP控制部分用来实现实时I/O通信，信息部分用来实现非实时的报文交换。 Ethernet/IP PROFINET ROFINET是在西门子公司的支持下由PROFIBUS 开发而成的。 它的第一文本仅仅是非时间要求通信的以太网接口的设备和通过PROXY 网关连结的实时性通信的PROFIBUS-DP设备的结合体。 2004年开始开发与制定新的版本标准，提出了对IEEE 802.1D和IEEE 1588进行实时扩展的技术方案，并对不同实时要求的信息采用不同的软件和硬件的实时传输方法。 PROFINET的第三版本采用了IRT (Isochronous Real-Time)等时同步实时的ASIC芯片的硬件方法来实现具有数据同步传输功能的实时数据的传输，以进一步缩短通信栈软件的处理时间， PROFINET EtherCAT EtherCAT是由德国自动化控制公司Beckhoff开发的，并且在2003年底成立了ETG工作组，目前有130个成员。 EtherCAT是一个可用于现场级的超高速I/O网络，它使用标准的以太网物理层和常规的以太网卡，介质可为双绞线或光纤。 一般常规的工业以太网的传输方法都采用先接收通信帧，进行分析后作为数据送入网络中的各个模块的通信方式，而EtherCAT的以太网协议帧中已经包含了网络的各个模块的数据。EtherCAT协议帧如图6-2所示。 EtherCAT EtherCAT Ethernet Powerlink Ethernet Powerlink是由奥地利BernecherRainer控制公司开发的，在2002年4月公布了Ethernet Powerlink标准，其主攻方面是同步驱动和特殊设备的驱动要求。 EPA 浙江大学牵头，重庆邮电大学作为第四核心成员制定的新一代现场总线标准--《用于工业测量与控制系统的EPA通信标准》（简称EPA标准）成为我国第一个拥有自主知识产权并被IE