工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化應(yīng)用的探討

工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化應(yīng)用的探討

盡管在機(jī)器自動(dòng)化領(lǐng)域還有數(shù)十個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議在使用，但工業(yè)以太網(wǎng)正在以其優(yōu)異的特性取代其中的很多協(xié)議。

在早些年的時(shí)候，有一些基本的開放通訊串口標(biāo)準(zhǔn)，例如RS232和RS422/485。包括這些在內(nèi)的那些標(biāo)準(zhǔn)是諸如Modbus標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，Modbus使用串口通訊標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)進(jìn)而成為工業(yè)領(lǐng)域協(xié)議的主導(dǎo)。

以太網(wǎng)當(dāng)時(shí)還不太成熟，而現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議在許多應(yīng)用領(lǐng)域提供足夠的性能和可靠性。不過(guò)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)通常很貴并且安裝困難，而且不同的協(xié)議在硬件和軟件方面都不兼容。

許多最初實(shí)施的現(xiàn)場(chǎng)總線都是用來(lái)將遠(yuǎn)程I/O和可編程邏輯控制器（PLC）相連。許多通訊標(biāo)準(zhǔn)都是基于RS422/485標(biāo)準(zhǔn)的，不過(guò)在轉(zhuǎn)移到獨(dú)立基金會(huì)下和開放之前，絕大多數(shù)都是專屬的協(xié)議。例如，DeviceNet、Modbus以及Profibus DP最初都是專有協(xié)議，分別屬于羅克韋爾自動(dòng)化、施耐德電氣以及西門子公司。現(xiàn)在，每一個(gè)協(xié)議最終都變成由一家獨(dú)立基金會(huì)管理的開放標(biāo)準(zhǔn)。

[PROFINET和PROFIBUS是PNO組織推出的兩種現(xiàn)場(chǎng)總線。兩者本身沒(méi)有可比性，PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)，而PROFIBUS基于RS485串行總線。兩者協(xié)議上由于介質(zhì)不同完全不同，沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。兩者相似的地方都具有很好的實(shí)時(shí)性，原因在于都使用了精簡(jiǎn)的堆棧結(jié)構(gòu)。基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的任何開發(fā)都可以直接應(yīng)用在PROFINET網(wǎng)絡(luò)中。世界上基于以太網(wǎng)的解決方案的開發(fā)者遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于PROFIBUS開發(fā)者，所以，有更多的可用資源去創(chuàng)新技術(shù)。

今天，有好幾種可選的現(xiàn)場(chǎng)總線可以用來(lái)將PLC和遠(yuǎn)程I/O，以及其他例如電機(jī)啟動(dòng)器、傳感器和氣動(dòng)閥歧管等這樣簡(jiǎn)單的設(shè)備連接起來(lái)。

在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中廣泛使用的以太網(wǎng)幫助工業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)了各種各樣的連接。
廣州黑燈科技有限公司是專業(yè)從事各類行業(yè)各種類型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)開發(fā)和自動(dòng)化工程項(xiàng)目承接，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)，化工設(shè)備研制生產(chǎn)（擁有D1,D2壓力容器生產(chǎn)許可），智能機(jī)械人研究制造，自動(dòng)化生產(chǎn)流水線，可應(yīng)用在各類工業(yè)生產(chǎn)上使用，技術(shù)團(tuán)隊(duì)已在自動(dòng)化控制方面積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，是一家專注于自動(dòng)化控制系統(tǒng)開發(fā)、自動(dòng)化工程項(xiàng)目承接和技術(shù)服務(wù)的技術(shù)型企業(yè)。自動(dòng)化配置緊自動(dòng)急切斷聯(lián)鎖裝置，并且應(yīng)配備光聲報(bào)警系統(tǒng)。能有限降低人員的傷亡的情況，減少財(cái)產(chǎn)損失。緊急切斷聯(lián)鎖裝置防止事故的發(fā)生。歡迎來(lái)電討論咨詢，關(guān)生18565060664   http://www.xm-fcx.com/

1.國(guó)內(nèi)外流行的現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)或?qū)崟r(shí)以太網(wǎng)有：

FF、CIP、PROFIBUS、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、INTERBUS、CAN、Lonworks、CC-Link、HART 等現(xiàn)場(chǎng)總線。

PROFINET、TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、Modbus-RTPS、 SERCOS、VNET/IP、SERCOS III、HSE等工業(yè)以太網(wǎng)或?qū)崟r(shí)以太網(wǎng)。

每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域。總線是為了滿足自動(dòng)化發(fā)展的需求而產(chǎn)生的，由于不同領(lǐng)域的自動(dòng)化需求各有其特點(diǎn)，因此在某個(gè)領(lǐng)域中產(chǎn)生的總線技術(shù)一般對(duì)這一特定的領(lǐng)域的滿足度高一些，應(yīng)用多一些，適用性好一些。

現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)在冶金、石油、化工、醫(yī)藥等流程行業(yè)的過(guò)程控制，加工制造業(yè)，樓宇，交通運(yùn)輸，農(nóng)業(yè)，機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，智能電網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

如何深入學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)并應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中是每一位讀者面臨的難點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線屬于局域網(wǎng)的范疇，學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線，首先要學(xué)習(xí)掌握《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》方面的知識(shí)，了解ISO/OSI通信參考模型和數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的通信模型與ISO/OSI模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)總線的采用的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。不論是哪種現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)，均遵從OSI通信參考模型。現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口的實(shí)現(xiàn)，一般通過(guò)通信控制器（專用ASIC）完成，它通常集成了現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層等，應(yīng)用層由用戶通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。

2、以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)化

許多人仍然認(rèn)為工業(yè)以太網(wǎng)是和現(xiàn)場(chǎng)總線不同的事物，不過(guò)如果想一下傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在過(guò)去完成了哪些事情以及今天的以太網(wǎng)可以做什么，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們實(shí)際上是一回事。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)往往以具有高度確定性數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦宰跃樱ㄟ^(guò)提高速度和低水平時(shí)間同步手段，以太網(wǎng)可以做相同的事情。可以通過(guò)許多現(xiàn)場(chǎng)總線電纜為設(shè)備供電，同樣可以通過(guò)以太網(wǎng)供電實(shí)現(xiàn)。在采用適合的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)合中，很少有工作不正常的。

早期的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，確定性不好而且時(shí)基誤差很明顯，這會(huì)導(dǎo)致處理速度減慢。使用那些例如簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)集線器之類的不太智能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突和重試經(jīng)常發(fā)生。隨著性價(jià)比高的工業(yè)以太網(wǎng)、非管理型交換機(jī)以及管理型交換機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)沖突已經(jīng)變得不再是問(wèn)題了。現(xiàn)在的以太網(wǎng)處理能力增強(qiáng)了，而且在絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的數(shù)據(jù)傳輸延遲水平方面都顯著地降低了。

即便是使用標(biāo)準(zhǔn)的、現(xiàn)成的以太網(wǎng)芯片，由于使用了諸如在EtherNet/IP中的一級(jí)I/O信息傳送的時(shí)序安排機(jī)制，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)時(shí)基誤差也都足夠低了。對(duì)于那些對(duì)時(shí)序要求更加嚴(yán)格的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，諸如EtherCAT的協(xié)議使用精確時(shí)間協(xié)議同步（IEEE1588）。

種類豐富的各種PLC和其他控制器都支持EtherNet/IP。

大多數(shù)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中以太網(wǎng)交換機(jī)或多個(gè)交換機(jī)構(gòu)成其中心，而其他設(shè)備構(gòu)成分支，許多包括交換機(jī)端口的設(shè)備都采用多個(gè)RJ-45接口，這是讓菊鏈?zhǔn)竭B接更加經(jīng)濟(jì)有效。

3、工業(yè)通訊協(xié)議的選擇

與其他通訊技術(shù)不同，以太網(wǎng)允許在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行多個(gè)協(xié)議。一些主流的以太網(wǎng)協(xié)議包括EtherCAT，EtherNet/IP，Modbus TCP，Powerlink，Profinet以及SERCOS。自動(dòng)化供應(yīng)商通常會(huì)建議用戶對(duì)適合應(yīng)用情況的以太網(wǎng)協(xié)議的選擇，不同的供應(yīng)商傾向于不同的協(xié)議。

大部分供應(yīng)商傾向于一種特定的以太網(wǎng)協(xié)議，不過(guò)他們又經(jīng)常不僅限于一種。使用供應(yīng)商建議的協(xié)議一般更有好處，因?yàn)檫@樣會(huì)獲得最好的支持以及最大范圍的可兼容的產(chǎn)品。如果一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合要求使用兩個(gè)不同的供應(yīng)商，而且對(duì)于兩種協(xié)議都有可選的控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，時(shí)序和速度的要求通常成為決定因素。

應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)決定使用哪種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。在許多應(yīng)用中，使用多種協(xié)議可能更加合理，將每種協(xié)議應(yīng)用在最合適的水平上。使用混合的協(xié)議和通訊架構(gòu)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器連接、將控制器與人機(jī)界面（HMI）連接、以及將HMI與更高級(jí)別的計(jì)算系統(tǒng)連接通常是正確的選擇。要想實(shí)現(xiàn)這些，挑選支持多種協(xié)議的控制器很有必要。

對(duì)于大型的生產(chǎn)制造和倉(cāng)庫(kù)傳送帶應(yīng)用場(chǎng)合，控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的長(zhǎng)距離可以通過(guò)使用位于EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用很常見的管理型和非管理型交換機(jī)也有助于以太網(wǎng)連接的分布。

對(duì)于控制器之間的連接，或者控制器與HMI之間的連接，一些以太網(wǎng)的變種是比較好的選項(xiàng)；硬件的支持會(huì)決定選擇什么協(xié)議。

以太網(wǎng)在高一些級(jí)別的連接方面占主導(dǎo)地位，對(duì)于控制器與遠(yuǎn)程I/O以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的這些低一些級(jí)別的連接方面，可以通過(guò)IO-Link、DeviceNet、Profibus DP、或以太網(wǎng)的一些變種來(lái)實(shí)現(xiàn)。