智能制造技术与数字化工厂 课件 3.2 工业控制网络

CONTENTS目录3.2.1工业以太网概述1.工业以太网定义01工业以太网是一种用于连接工业设备、传感器和执行器等设备的网络技术。连接工业设备网络02它支持实时数据传输和通信，确保工业自动化系统中的设备能够协同工作。实时数据传输03工业以太网基于标准的以太网技术，但经过优化和改进，以适应工业环境中的特殊需求。标准以太网技术2.工业以太网的应用场景工业以太网在智能制造中，实现设备间的互联互通，提高生产效率。智能制造工业以太网为工业自动化提供稳定、高效的数据传输，保障生产线的顺畅运行。工业自动化工业以太网在能源管理领域，实现远程监控和数据分析，优化能源利用。能源管理3.工业以太网的主要协议基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范。HSE协议德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案。ProfINet协议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ModbusTCP/IP。ModbusTCP/IP协议Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA和ControlNetInternational两大工业组织推出的最新成员。Ethernet/IP协议01020304HSE协议HSE协议定义基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范，称HSE(HighSpeedEthernet)。协议特点HSE是以太网协议IEEE802.3，TCP/IP协议族与FFIll的结合体，具有高速、可靠、实时性强等特点，适用于工业自动化领域的数据传输和控制。核心设备HSE技术的一个核心部分就是链接设备，它是HSE体系结构将Hl(31.25kb/s)设备连接100Mb/s的HSE主干网的关键组成部分，同时也具有网桥和网关的功能。ModbusTCP/IP协议利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好，广泛应用于电力、能源、交通、建筑等领域的工业自动化系统中。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/从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的确定性。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ModbusTCP/IP。协议来源通信方式应用领域ProfINet协议ProfiNet采用标准TCP/IP十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。德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案ProfINet协议来源通信方式优势Ethernet/IP协议Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系，是基于CIP协议的网络。协议特点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)的有效传输应用领域高效数据传输、广泛设备兼容，具有实时性、开放性和灵活性。优势分析各协议优缺点比较ModbusTCP/IP成本较低，但EtherNet/IP和Profinet成本较高成本ModbusTCP/IP安全性较低，而Profinet和EtherNet/IP安全性较高安全性EtherNet/IP实时性较好，但ModbusTCP/IP较差实时性Profinet通信效率较高，但EtherNet/IP较低通信效率协议选择建议选择广泛支持、兼容性好的协议，减少设备间通信障碍。01考虑兼容性选择具有低延迟、高可靠性的协议，确保数据传输的实时性。02考虑实时性选择具备加密、认证等安全机制的协议，保障数据传输的安全性。03考虑安全性工业以太网协议发展趋势随着工业以太网协议的不断发展，协议标准化成为趋势，以提高兼容性和互操作性。协议标准化随着工业自动化的需求增长，高速传输技术成为工业以太网协议发展的重要方向。高速传输技术随着网络安全威胁的增加，工业以太网协议在发展中注重安全性增强，保障数据传输安全。安全性增强小结本节介绍了工业以太网定义、应用场景、常用工业以太网协议及发展趋势等。下一节介绍数字化工厂。谢谢收看！

工业以太网是按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议，使以太网和TCP/IP技术真正能应用到控制层，延伸至现场层，而在信息层又尽可能采用IT行业一切有效而又最新的成果。因此，工业以太网与以太网在工业中的应用全然不是同一个概念。工业以太网1工业网络架构2每种工业以太网都有设备层现场总线与之互补：工业以太网互补的设备层现场总线EtherNet/IPDeviceNet,ControlNetPROFINETPROFIBUSDP,PROFIBUSPAHSE（HighSpeedErthernet）FoundationFieldbusHIModbusTCP/IPModbusEthernet/IPEthernet/IP技术采用标准的以太网芯片，并采用有源星形拓扑结构，将一组工业设备点对点地连接到交换机，应用层则采用工业界广泛应用的开放协议——控制和信息协议（CIP)。Ethernet/IP通信协议模型：PROFINETPROFINET是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案，它将企业信息管理层IT技术和工厂自动化相结合，同时又完全保留了PROFINET现有的开放性。PROFINET支持星形、总线型和环等拓扑结构。PROFINET提供了大量的工具帮助用户方便地安装工业电缆和耐用连接器以满足电磁兼容（EMC）和温度的要求。PROFINET框架内标准化，保证了不同制造商设备之间的兼容性。PROFINET的通信协议模型：工业控制网络要求3工业控制网络必须满足实时性的要求，以及信号的确定性。随着快速以太网与交换式以太网的发展，为解决以太网的非确定性问题带来了新的契机，并使这一应用成为可能。主要表现在：通信速率高，从10Mb/s、100Mb/s增大到如今的1000Mb/s、10Gb/s；采用星形网络拓扑结构，交换机将网络划分为若干个网段。交换机之间通过主干网络进行连接，本地数据传输不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。采用全双工通信方式。全双工以太网消除了冲突的可能，使Ethernet通信确定性和实时性大大提高。OPC深度数据包监