工業以太網技術及其發展趨勢
2003/3/24 14:13:00
2003年3月20號,在上海新國際展覽中心的INTERKAMA CHINA 2003展會現場的技術論壇上,上海工業自動化儀表研究所的繆學勤教授級高工主講了名為《工業以太網技術的最新進展》的技術講座。講座上,來自工控各個領域和高等院校,研究院的的技術人員,工程師濟濟一堂認真聽取了講座,表現了業界人士對此領域發展情況的緊密關切。
在該論壇上, 繆學勤高工首先介紹了工業以太網的形成。由于歷史原因,現存的現場總線標準互不兼容,導致了不同公司的產品之間難以實現高速的實時數據傳輸等問題,由此,人們開始轉向開發一種能結合IT技術的工業網絡構架,即工業以太網。工業以太網是由NTI(New Technology of Information)滲透至工業自動化領域引起其變革的技術產物,它將簡化自動控制系統,并降低系統成本。
隨后,繆高工論述了工業以太網技術的最新進展,并且對4種工業以太網協議的主要分歧進行了分析。
1. Ethernet IP:此種工業以太網采用有源交換器,用來實現現場總線及其設備與以太網的無縫連接。另外,以太網為星行結構,有利于方便簡單的接線和維護等工作的進行。在其星行結構中,采用通信組件,使其可以兼容Rockwell的現場總線設備。而Ethernet IP的通信模型也有其自身特點:在第一層至第四層上,采用Ethernet 802.3協議,之上采用TCP/IP,而在用戶層上,采用CIP規范,使Control Net, Device Net 和Ethernet 共享用戶層和應用層。
2. FF HSE(High Speed Ethernet) :這是由FF基金會推出的一種以太網構架。HSE采用星行構架,并采用交換器連接FF的現場總線裝置,實現無縫操作。其中的交換機還有防火墻作用,能有效抵抗干擾。此種以太網最重要的優點是實現了各種級別的冗余功能,保證了網絡的可靠性。其通信模型的低層采用Ethernet TCP/IP協議,用戶層和應用層則可由現場總線和HSE共用。
3. PROFI NET :是由西門子提出的以太網構架。由于西門子倡導保護過去投資,故其PROFINET的推出充分考慮了與PROFIBUS 的兼容性,實現了兩者的無縫連接。而在通信模型中,PROFINE最大的特點是在其用戶層是基于組件的,而依靠工程設計模型實現了組件的連接,從而系統中便可接入多個供應商的設備。
4. IDA 與上述3個架構不同,IDA則采用了從設備底層到高層的完全工業以太網構架,這是依靠Mod Bus實現的。
在分別闡述了各種現存的工業以太網后,繆高工綜合論述了四者的異同:在結構上,前三者都分別對應一個現場總線的底層結構,實現工業以太網和現場總線的結合。而只有IDA不同,采用了完全的以太網構架,使以太網的結構中直接兼容了設備,而無須現場總線結構;在應用上,FF HSE 是應用于過程自動化的連續控制過程的,而其他三者則常用于斷續控制的。
然而,繆高工分析認為,用戶是希望兼容和統一的,希望各種設備及協議縮小差距。應于這種呼聲,國際上有3個組織來努力建立一個統一的以太網環境:IAONA, ODVA,IDA。在此,繆高工強調,要建立的統一并非原概念的統一,而是要吸收Internet的先進技術成果,采用TCP/IP, 應用于工業以太網,由此建立統一的以太網環境。
最后,繆高工總結道,迫于市場的壓力,各國對推進Ethernet/IP工業以太網技術基本達成共識,一個具有互操作性的統一工業以太網在2-3年內是可以實現的。
在該論壇上, 繆學勤高工首先介紹了工業以太網的形成。由于歷史原因,現存的現場總線標準互不兼容,導致了不同公司的產品之間難以實現高速的實時數據傳輸等問題,由此,人們開始轉向開發一種能結合IT技術的工業網絡構架,即工業以太網。工業以太網是由NTI(New Technology of Information)滲透至工業自動化領域引起其變革的技術產物,它將簡化自動控制系統,并降低系統成本。
隨后,繆高工論述了工業以太網技術的最新進展,并且對4種工業以太網協議的主要分歧進行了分析。
1. Ethernet IP:此種工業以太網采用有源交換器,用來實現現場總線及其設備與以太網的無縫連接。另外,以太網為星行結構,有利于方便簡單的接線和維護等工作的進行。在其星行結構中,采用通信組件,使其可以兼容Rockwell的現場總線設備。而Ethernet IP的通信模型也有其自身特點:在第一層至第四層上,采用Ethernet 802.3協議,之上采用TCP/IP,而在用戶層上,采用CIP規范,使Control Net, Device Net 和Ethernet 共享用戶層和應用層。
2. FF HSE(High Speed Ethernet) :這是由FF基金會推出的一種以太網構架。HSE采用星行構架,并采用交換器連接FF的現場總線裝置,實現無縫操作。其中的交換機還有防火墻作用,能有效抵抗干擾。此種以太網最重要的優點是實現了各種級別的冗余功能,保證了網絡的可靠性。其通信模型的低層采用Ethernet TCP/IP協議,用戶層和應用層則可由現場總線和HSE共用。
3. PROFI NET :是由西門子提出的以太網構架。由于西門子倡導保護過去投資,故其PROFINET的推出充分考慮了與PROFIBUS 的兼容性,實現了兩者的無縫連接。而在通信模型中,PROFINE最大的特點是在其用戶層是基于組件的,而依靠工程設計模型實現了組件的連接,從而系統中便可接入多個供應商的設備。
4. IDA 與上述3個架構不同,IDA則采用了從設備底層到高層的完全工業以太網構架,這是依靠Mod Bus實現的。
在分別闡述了各種現存的工業以太網后,繆高工綜合論述了四者的異同:在結構上,前三者都分別對應一個現場總線的底層結構,實現工業以太網和現場總線的結合。而只有IDA不同,采用了完全的以太網構架,使以太網的結構中直接兼容了設備,而無須現場總線結構;在應用上,FF HSE 是應用于過程自動化的連續控制過程的,而其他三者則常用于斷續控制的。
然而,繆高工分析認為,用戶是希望兼容和統一的,希望各種設備及協議縮小差距。應于這種呼聲,國際上有3個組織來努力建立一個統一的以太網環境:IAONA, ODVA,IDA。在此,繆高工強調,要建立的統一并非原概念的統一,而是要吸收Internet的先進技術成果,采用TCP/IP, 應用于工業以太網,由此建立統一的以太網環境。
最后,繆高工總結道,迫于市場的壓力,各國對推進Ethernet/IP工業以太網技術基本達成共識,一個具有互操作性的統一工業以太網在2-3年內是可以實現的。

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