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工业以太网常见协议解析

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  工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。工业以太网, 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。在工业以太网通信管理中有许多常见协议,以下详细介绍。

  1、Modbus TCP/IP

  该协议由施耐德公司推出,以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中,使Modbus与以太网和TCP/IP结合,成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式,每一个呼叫都要求一个应答,这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制一致,但通过工业以太网交换技术大大提高了确定性,改善了一主多从轮询机制上的制约。

 2、Profinet

  Profinet由Siemens 开发并由Profibus International支持,目前它有3个版本,第一个版本定义了基于TCP/UDP/IP的自动化组件。采用标准TCP/IP+以太网作为连接介 质,采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设 备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到Profinet网络当中,使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在 Profinet中使用。传统的Profibus设备可通过代理与Profinet上面的COM对象进行通信,并通过OLE自动化接口实现COM对象之间 的调用。它将以太网应用于非时间关键的通信,用于高层设备和Profibus-DP现场设备技术之间,以便将实时控制域通过代理集成到一个高层的水平上。

  第二个版本中,Profinet在以太网上开辟了两个通道:标准的使用TCP/IP协议的非实时通信通道,另一个是实时通道,旁路第 三层和第四层,提供精确通信能力。该协议减少了数据长度,以减小通信栈的吞吐量。为优化通信功能,Profinet根据IEEE 802.p定义了报文的优先级。最多可用7级。

  Profinet第三版采用了硬件方案以缩小基于软件的通道,以进一步缩短通信栈软件的处理时间。为连接到集成的以太网交换机,Profinet第三版还开始解决基于IEEE 1588同步数据传输的运动控制解决方案。

  3、Ethernet/IP

  Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和ControlNet International两大工业组织推出的最新成员与DeviceNet和ControlNet一样,它们都是基于CIP(Control and Information Proto-Col)协议的网络。它是一种是面向对象的协议,能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等)的有效传输。

  Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的应用层协议CIP。因此,它们使用相同的对象库和一致的行业规范,具有较好的一致性。Ethernet/IP采用标准的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包,这样通用且开放的应用层协议CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协议,就构成Ethernet/IP协议的体系结构。

 4、EtherCAT

  EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是由德国倍福Beckhoff公司开发,并由EtherCAT技术组(EtherCAT Technology Group,ETG)支持。它采用以太网帧,并以特定的环状拓扑发送数据。网络上的每一个站均从以太网帧上取走与该站有关的数据,或并插入该站本身特定的 输入/输出数据。网络内的最后一个模块向第一个模块发送一个帧以形成和创建一个物理和逻辑环。EtherCAT还通过内部优先级系统,使实时以太网帧比其 他的数据(如组态或诊断数据,等)具有较高的优先级。组态数据只在传输实时数据的间隙(如间隙时间足够传输的话)中传输,或者通过特定的通道传输。 EtherCAT还保留标准以太网功能,并与传统IP协议兼容。为了实现这样的装置,需要专用ASIC芯片,以集成至少两个以太网端口,并采用基于 IEEE 1588的时间同步机制,以支持运动控制中的实时应用。

  5、Powerlink

  Powerlink由贝加莱B&R公司开发,并由Ethernet Powerlink标准化组(Ethernet Powerlink Standardisation Group,EPSG)支持。

  Powerlink 协议对第三、四层的TCP(UDP)/IP栈进行了扩展。它在共享式以太网网段上采用槽时间通信网络管理(Slot Communication Network Management,SCNM)中间件控制网络上的数据流量。SCNM采用主从调度方式,每个站只有在收到主站请求的情况下,才能发送实时数据。因此, 在一个特定的时间,只有一个站能够访问总线,所以没有冲突,从而确保了通信的实时性。为此,Powerlink需采用基于IEEE 1588的时间同步。在其扩展的第二版中,包括了基于CANopen的通信与设备行规。

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