《工业以太网介绍》PPT课件
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《工业以太网介绍》课件
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工业以太网在工业自动化领域中占据核心地位，为设备间通信提供了稳定、高效的数据传输方式。
工业以太网能够满足工业环境中的特殊要求，如高可靠性、实时性、安全性和可扩展性。
工业以太网已成为工业4.0和智能制造的重要组成部分，助力实现工厂自动化和数字化转型。
工业以太网技术将持续创新，提升传输速率、降低成本，并增强安全性、可靠性和实时性等方面的性能。
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工业以太网简介
工业以太网简介一、 PROFINET接口S7-1200 PLC CPU本体上集成了一个PROFINET接口，支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准。
PROFINET接口支持10～100Mbit/s的RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准或交叉的以太网线都可以用于这个接口。
使用这个接口可以实现S7-1200 PLC CPU与编程设备的通信、与HMI触摸屏的通信以及与其他CPU之间的通信。
提示：根据现在的发展趋势PROFINET应该是以后的主流，它优势很明显，传输和响应速度快、数据不丢失、方便。
二、支持的协议和连接资源数S7-1200 PLC CPU的PROFINET通信口主要支持以下通信协议及服务：PROFINET IO（V2.0开始）、S7通信（V2.0开始支持客户端）、TCP通信、ISO on TCP通信、UDP通信（V2.0开始）、Modbus TCP 通信、HMI通信、Web通信（V2.0开始）。
在“设备视图”中选中CPU，在巡视窗口中选择“属性”→“常规”→“连接资源”，显示界面如图1所示。
图1 连接资源数从图1中可以看出，S7-1200 PLC一共有68个连接资源，包括预留62个资源和6个动态资源，6个动态资源由系统自动分配给HMI 通信、S7通信、开放式用户通信(Open User Communication, OUC)，不能分配给PG通信、Web通信。
注意：开放式用户通信包含TCP通信、ISO-on-TCP通信、UDP 通信、Modbus TCP通信。
PG通信：代表和PC进行通信所占用的资源，如在线监控、下载程序。
HMI通信：代表和HMI通信所占用的资源。
S7通信：代表和通信伙伴建立S7通信连接所占用的资源。
开放式用户通信：代表和通信伙伴建立开放式用户通信连接所占用的资源。
Web通信：代表和Web浏览器通信所占用的资源。
动态资源：由系统自动分配的连接资源。
依据上面的解释，构成表1，其中最大连接资源=预留连接资源+动态资源。
工业以太网介绍
图像处理器 视频解码器
视频服 务器
磁盘阵列
接入交换机
主井井口 房变电所
通风机房 配电室
副井提 升机房
生活及办公 区变电站 主井
井下主 变电所
盘区胶带 机变电所
井上 井下
主厂房
副井
准备车间
主排水泵 房变电所
南北翼大巷胶 带机 变电所
集控室
压滤车间
普通装车站
专门针对工业自动化实时可靠性而从传统以太网变异 出的厂家私有环路冗余协议。
1、STP及RSTP
STP(Spanning Tree Protocol)，是作为一个链路层协 议(IEEE 802.1D)存在的，提供路径冗余和阻止网络循环 发生。它做法是强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。 如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径 重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。 RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级， 将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。STP网络结构灵活， 但存在恢复速度慢的缺点。在很多的工业环境中并不适 用。
1、安装和连接 商用以太网
工业以太网
• 专用网络机柜内
• 连接标准的台式机\ 工作站\打印机等
•RJ45接口
• 现场安装（控制柜内或直 接安装于自动化设备上，环 境恶劣，某些场合甚至要求 满足IP67防护等级）
• DB9，航空插座等
2、使用寿命
商用以太网
• 几年或十几年（没 有相应标准可遵循） • 风扇散热 • 备件更换：3年 • 电源(220VAC)
5、冗余要求
商用以太网
•一般没有冗余或 仅仅有核心冗余
工业以太网 •多种冗余方式的结合
《工业以太网》课件
网络延迟和可靠性要求较高。
03
CATALOGUE
工业以太网的实际应用案例
智能制造领域的应用
自动化生产线监控
工业以太网用于实时监控生产线的运行状态，确保生产过程的稳 定性和效率。
设备远程控制
通过工业以太网，实现对生产设备的远程控制，提高生产管理的 灵活性和便捷性。
数据采集与分析
工业以太网连接各种传感器和数据采集设备，实时采集生产数据 并进行深度分析，优化生产流程。
工业以太网用于构建智能城市的基础设施，如智能照明、智能安 防等。
物流管理
工业以太网用于实时追踪物流信息，提高物流管理的效率和准确性 。
矿业安全监控
工业以太网用于实时监测矿山的生产设备和环境状况，保障矿业生 产的安全。
04
CATALOGUE
工业以太网的发展趋势与未来展望
工业以太网的发展趋势
随着物联网、云计算等技术的发展，工业以太 网将与这些技术深度融合，实现更高效、智能
以太网技术不断发展，从最初 的10Mbps到现在的100Gbps ，具有很高的数据传输速率。
以太网协议与标准
以太网协议规定了数据帧的格 式、寻址方式、数据封装和解 封装等方面的规范。
以太网标准包括IEEE 802.3系 列标准，其中最常用的标准是 802.3u（快速以太网）、 802.3z（千兆以太网）和 802.3ae（万兆以太网）。
工业以太网的应用范围广泛，可以应用于各种工业设备和 系统中，如智能制造、智能物流、智能仓储等，对于工业 转型升级和智能化发展具有重要意义。
工业以太网的发展前景与挑战
工业以太网的发展前景广阔，随着工业自动化 技术的不断发展和进步，工业以太网的应用场 景和市场需求将会不断增加。
03
CATALOGUE
工业以太网的实际应用案例
智能制造领域的应用
自动化生产线监控
工业以太网用于实时监控生产线的运行状态，确保生产过程的稳 定性和效率。
设备远程控制
通过工业以太网，实现对生产设备的远程控制，提高生产管理的 灵活性和便捷性。
数据采集与分析
工业以太网连接各种传感器和数据采集设备，实时采集生产数据 并进行深度分析，优化生产流程。
工业以太网用于构建智能城市的基础设施，如智能照明、智能安 防等。
物流管理
工业以太网用于实时追踪物流信息，提高物流管理的效率和准确性 。
矿业安全监控
工业以太网用于实时监测矿山的生产设备和环境状况，保障矿业生 产的安全。
04
CATALOGUE
工业以太网的发展趋势与未来展望
工业以太网的发展趋势
随着物联网、云计算等技术的发展，工业以太 网将与这些技术深度融合，实现更高效、智能
以太网技术不断发展，从最初 的10Mbps到现在的100Gbps ，具有很高的数据传输速率。
以太网协议与标准
以太网协议规定了数据帧的格 式、寻址方式、数据封装和解 封装等方面的规范。
以太网标准包括IEEE 802.3系 列标准，其中最常用的标准是 802.3u（快速以太网）、 802.3z（千兆以太网）和 802.3ae（万兆以太网）。
工业以太网的应用范围广泛，可以应用于各种工业设备和 系统中，如智能制造、智能物流、智能仓储等，对于工业 转型升级和智能化发展具有重要意义。
工业以太网的发展前景与挑战
工业以太网的发展前景广阔，随着工业自动化 技术的不断发展和进步，工业以太网的应用场 景和市场需求将会不断增加。
工业网络技术第9章工业以太网.ppt
100BASETX、100BASEFX。 千兆以太网分为1000BASEX、1000BASET。
以太网的数据链路层
媒体访问控制子层（MAC） 逻辑链路控制子层（LLC）
MAC子层
CSMA/CD 缺点： 1、半双工通信模式。 2、不提供优先级机制，网络上的节点地位
是平等的。
MAC帧结构
前导码 SFD 目的地址 源地址 长度 数据区 填充段 CRC校验
以太网的物理层
基带：采用曼彻斯特编码。 宽带：采用PSK相移键控编码。
以太网类型名称
名称最前是数字，表示的是通信波特率。 名称中间是BASE或BROAD，表示网络是宽
带还是基带。 名称最后如果是数字表示的是网段的最大长
度，如果是字母T表示传输介质是双绞线， 如果是字母F表示传输介质是光纤。 如10BASE5、10BASE-T。
TCP头 FTP头 客 户 数 据 TCP段
IP头 TCP头 FTP头 客 户 数 据 IP数 据 报
令 牌 网 头 IP头 TCP头 FTP头 客 户 数 据 令牌环网数据帧
TCP/IP网络层
包含网际互联协议IP、地址解析协议ARP、 反向地址解析协议RARP、网际控制报文 协议ICMP和网际组管理协议IGMP。
将数据包从源节点送到目的节点。
IP协议
主要功能是提供无连接的数据报传送和数据报的路 由选择。
IP协议以包的形式传输数据，称为IP数据报。 IP是一种不可靠，但是会尽力传送的协议。 不可靠体现在IP不追踪传输路径，也没有任何机制
来对报文重新排序。 尽力传送体现在IP不轻易放弃任何一个数据报，只
有在资源耗尽或网络出现故障的情况下才会放弃。
TCP/IP参考模型
应用层(Telnet、FTP、HTTP、DNS、SNMP和SMTP等) 传输层(TCP和UDP)
以太网的数据链路层
媒体访问控制子层（MAC） 逻辑链路控制子层（LLC）
MAC子层
CSMA/CD 缺点： 1、半双工通信模式。 2、不提供优先级机制，网络上的节点地位
是平等的。
MAC帧结构
前导码 SFD 目的地址 源地址 长度 数据区 填充段 CRC校验
以太网的物理层
基带：采用曼彻斯特编码。 宽带：采用PSK相移键控编码。
以太网类型名称
名称最前是数字，表示的是通信波特率。 名称中间是BASE或BROAD，表示网络是宽
带还是基带。 名称最后如果是数字表示的是网段的最大长
度，如果是字母T表示传输介质是双绞线， 如果是字母F表示传输介质是光纤。 如10BASE5、10BASE-T。
TCP头 FTP头 客 户 数 据 TCP段
IP头 TCP头 FTP头 客 户 数 据 IP数 据 报
令 牌 网 头 IP头 TCP头 FTP头 客 户 数 据 令牌环网数据帧
TCP/IP网络层
包含网际互联协议IP、地址解析协议ARP、 反向地址解析协议RARP、网际控制报文 协议ICMP和网际组管理协议IGMP。
将数据包从源节点送到目的节点。
IP协议
主要功能是提供无连接的数据报传送和数据报的路 由选择。
IP协议以包的形式传输数据，称为IP数据报。 IP是一种不可靠，但是会尽力传送的协议。 不可靠体现在IP不追踪传输路径，也没有任何机制
来对报文重新排序。 尽力传送体现在IP不轻易放弃任何一个数据报，只
有在资源耗尽或网络出现故障的情况下才会放弃。
TCP/IP参考模型
应用层(Telnet、FTP、HTTP、DNS、SNMP和SMTP等) 传输层(TCP和UDP)
工业以太网通讯简介PPT课件
Count属性 Add方法 Remove方法 Item方法
28
使用VB开发OPC应用程序
OPC应用程序首先生成OPC服务器支持 的OPC对象，然后可以使用OPC对象支 持的属性和方法对其进行操作。
一个OPC程序可以和多个OPC服务器连 接。
29
OPC对象的层次结构
30
开发OPC应用程序的步骤
工业以太网数据交换简介
1
企业信息化网络架构
2
数据交换问题
工业现场不同的控制系统间数据如何进行 通讯？
3
常用的解决方案
DDE（Dynamic Data Exchange） 设备或软件提供方专有的通信接口 OPC（OLE for Process Control）
4
OPC的目的
企业信息化网络系统中，从处理设备数据 的现场总线层，到进行过程处理的监控层， 以至生产管理层，建立一个有效的数据交 换工业标准。
5
利用驱动程序的数据
6
利用OPC的数据通讯系统
7
OPC的历史
OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司 所组成的OPC工作小组1995年开发的。
Fisher-Rosement Intellution Rockwell SoftWare Intuitive Technology Opto22
微软作为技术顾问给予支持。
8
OPC的历史
1996年9月OPC基金会在美国达拉斯举行 第一次理事会，同年10月在美国的芝加哥 举行第一次全体大会上正式宣告成立。
1996年8月完成OPC数据访问标准版本 1.0。
9
OPC的历史
目前OPC基金会的理事由如下公司组成：
Fisher-Rosement Honeywell Intellution Rockwell SoftWare National Instrument Siements（欧洲代表） 东芝（远东代表）
28
使用VB开发OPC应用程序
OPC应用程序首先生成OPC服务器支持 的OPC对象，然后可以使用OPC对象支 持的属性和方法对其进行操作。
一个OPC程序可以和多个OPC服务器连 接。
29
OPC对象的层次结构
30
开发OPC应用程序的步骤
工业以太网数据交换简介
1
企业信息化网络架构
2
数据交换问题
工业现场不同的控制系统间数据如何进行 通讯？
3
常用的解决方案
DDE（Dynamic Data Exchange） 设备或软件提供方专有的通信接口 OPC（OLE for Process Control）
4
OPC的目的
企业信息化网络系统中，从处理设备数据 的现场总线层，到进行过程处理的监控层， 以至生产管理层，建立一个有效的数据交 换工业标准。
5
利用驱动程序的数据
6
利用OPC的数据通讯系统
7
OPC的历史
OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司 所组成的OPC工作小组1995年开发的。
Fisher-Rosement Intellution Rockwell SoftWare Intuitive Technology Opto22
微软作为技术顾问给予支持。
8
OPC的历史
1996年9月OPC基金会在美国达拉斯举行 第一次理事会，同年10月在美国的芝加哥 举行第一次全体大会上正式宣告成立。
1996年8月完成OPC数据访问标准版本 1.0。
9
OPC的历史
目前OPC基金会的理事由如下公司组成：
Fisher-Rosement Honeywell Intellution Rockwell SoftWare National Instrument Siements（欧洲代表） 东芝（远东代表）
最新第8章-工业以太网课件精品文档
工业以太网
8.1 工业以太网简介
三、通信非确定性的缓解措施
(4) 采用交换式以太网技术 ● 在传统的以太网中，多个节点共享同一个传输介质，共享网络
的固定带宽。 ● 交换机接收并存储通信帧，根据目的地址和端口地址表，把通
信帧转发到相应的输出端口，为连接在其端口上的每个网络节 点提供独立的带宽。使不同设备之间产生冲突的可能性大大降 低。
三、以太网的通信帧结构与工业数据封装 以太网的帧结构与封装过程
工业以太网
8.2 以ห้องสมุดไป่ตู้网的物理连接与帧结构
三、以太网的通信帧结构与工业数据封装
帧头 8字节
地址+类型 IP首部 14字节 20字节
TCP首部 20字节
工业控制数据包
CRC校验 4字节
地址 功能码 数据 校验码
TCP/IP封装的工业控制数据包
(4) 网络供电
● 网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备传递工作电源者，被
称之为网络供电。
● 工业以太网目前有两种供电方式，一种利用5类双绞线现有的信号接收与发送两对 线缆，另外一种采用5类线缆中空闲线对网络节点供电。
工业以太网
8.1 工业以太网简介
二、工业以太网的特色技术
(5) 本质安全 本质安全是指将送往易燃易爆危险场合的能量，控制在引起火 花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生火花而 使系统安全得到保障。 目前以太网收发器的功耗较高，设计低功耗以太网设备还存在 一些难点，真正符合本质安全要求的工业以太网还有待进一步 努力。对应用于危险场合的工业以太网交换机等，目前一般采 取隔爆型作为防爆措施。
工业以太网
8.3 TCP/IP协议组
四、传输控制协议TCP
第9章 工业以太网
1
第九章
工业以太网
2
9.1概述 9.1概述 9.2典型的工业以太网实时通讯技术 9.2典型的工业以太网实时通讯技术
3
9.1概述
以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的 1968 核心思想是使用共享的公共传输信道， 核心思想是使用共享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准 标准， 学。在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以 在光缆和双绞线上传输的网络。 在光缆和双绞线上传输的网络。以太网也是当前主要应用的一 种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目 Network，局域网）类型。 种局域网（LAN Local 前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 1）10Base-T 以太网——传输介质是双绞线，传输速率为 10Base- 以太网 传输介质是双绞线， 传输介质是双绞线 10Mbit/s； 10Mbit/s； 2）快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线 快速以太网 传输速率为100Mbit/s， 传输速率为100Mbit/s 作为传输介质，兼容10Base 10Base- 以太网； 作为传输介质，兼容10Base-T 以太网；
以太网进入工业自动化领域已经成为不争的事实。 以太网进入工业自动化领域已经成为不争的事实。 ControlNet和DeviceNet联合推出的Ethernet/IP； 联合推出的Ethernet/IP ControlNet和DeviceNet联合推出的Ethernet/IP； Foundation Fieldbus推出的HSE； Fieldbus推出的HSE； 推出的HSE Schneider开发的 开发的Modbus TCP/IP； Schneider开发的Modbus TCP/IP； Simens开发的PROFInet。 开发的PROFInet Simens开发的PROFInet。 都已经成为有代表性的工业以太网技术， 都已经成为有代表性的工业以太网技术，借助于这些厂家的现 场总线产品市场，这些工业以太网产品得以快速提高了市场占有率。 场总线产品市场，这些工业以太网产品得以快速提高了市场占有率。 采用网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计。但这种方 采用网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计。 网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计 法最大限度地保护了原有的现场总线设备， 法最大限度地保护了原有的现场总线设备，有效巩固了工业以太网 在信息层、控制层的主导地位， 在信息层、控制层的主导地位，扩大了工业以太网的影响和应用范 几乎所有现场总线厂家都推出了以太网接入方案和系统， 围。几乎所有现场总线厂家都推出了以太网接入方案和系统，可以 方便地提供自己的现场总线产品系统接入以太网服务。 方便地提供自己的现场总线产品系统接入以太网服务。也出现了一 些专业的网关产品开发商，如瑞典HMS公司的“Anybus”系列产品 HMS公司的 系列产品， 些专业的网关产品开发商，如瑞典HMS公司的“Anybus 系列产品， 为流行的13种现场总线网络提供通信接口，包括以太网接口， 13种现场总线网络提供通信接口 为流行的13种现场总线网络提供通信接口，包括以太网接口，从而 为工业以太网在更多场合应用提供尽可能的方便。 为工业以太网在更多场合应用提供尽可能的方便。
第九章
工业以太网
2
9.1概述 9.1概述 9.2典型的工业以太网实时通讯技术 9.2典型的工业以太网实时通讯技术
3
9.1概述
以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的 1968 核心思想是使用共享的公共传输信道， 核心思想是使用共享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准 标准， 学。在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以 在光缆和双绞线上传输的网络。 在光缆和双绞线上传输的网络。以太网也是当前主要应用的一 种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目 Network，局域网）类型。 种局域网（LAN Local 前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 1）10Base-T 以太网——传输介质是双绞线，传输速率为 10Base- 以太网 传输介质是双绞线， 传输介质是双绞线 10Mbit/s； 10Mbit/s； 2）快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线 快速以太网 传输速率为100Mbit/s， 传输速率为100Mbit/s 作为传输介质，兼容10Base 10Base- 以太网； 作为传输介质，兼容10Base-T 以太网；
以太网进入工业自动化领域已经成为不争的事实。 以太网进入工业自动化领域已经成为不争的事实。 ControlNet和DeviceNet联合推出的Ethernet/IP； 联合推出的Ethernet/IP ControlNet和DeviceNet联合推出的Ethernet/IP； Foundation Fieldbus推出的HSE； Fieldbus推出的HSE； 推出的HSE Schneider开发的 开发的Modbus TCP/IP； Schneider开发的Modbus TCP/IP； Simens开发的PROFInet。 开发的PROFInet Simens开发的PROFInet。 都已经成为有代表性的工业以太网技术， 都已经成为有代表性的工业以太网技术，借助于这些厂家的现 场总线产品市场，这些工业以太网产品得以快速提高了市场占有率。 场总线产品市场，这些工业以太网产品得以快速提高了市场占有率。 采用网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计。但这种方 采用网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计。 网关接口是整合以太网和现场总线的权宜之计 法最大限度地保护了原有的现场总线设备， 法最大限度地保护了原有的现场总线设备，有效巩固了工业以太网 在信息层、控制层的主导地位， 在信息层、控制层的主导地位，扩大了工业以太网的影响和应用范 几乎所有现场总线厂家都推出了以太网接入方案和系统， 围。几乎所有现场总线厂家都推出了以太网接入方案和系统，可以 方便地提供自己的现场总线产品系统接入以太网服务。 方便地提供自己的现场总线产品系统接入以太网服务。也出现了一 些专业的网关产品开发商，如瑞典HMS公司的“Anybus”系列产品 HMS公司的 系列产品， 些专业的网关产品开发商，如瑞典HMS公司的“Anybus 系列产品， 为流行的13种现场总线网络提供通信接口，包括以太网接口， 13种现场总线网络提供通信接口 为流行的13种现场总线网络提供通信接口，包括以太网接口，从而 为工业以太网在更多场合应用提供尽可能的方便。 为工业以太网在更多场合应用提供尽可能的方便。
工业以太网通讯简介方案PPT共55页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
工业以太网通讯简介方案
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— ，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
谢谢！
工业以太网通讯简介方案
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— ，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
工业以太网.ppt
现场总线 工业以太网
无线网络
原因一：现场总线标准难以统一
自现场总线产生和发展 至今，世界各大公司纷纷投 入了大量的资金和力量，开 发了数百种现场，其中开放 的现场总线也有二、三十种。 虽然广大仪表和系统开发商 以及用户对统一的现场总线 呼声很高 , 但由于技术和市 场经济利益等方面的冲突 , 市场上的各种现场总线无法 达成统一 , 多标准等于无标 准。
软硬件资源丰富
由于以太网已应用多年，人们对以太网的设计、应用等方 面有很多的经验，对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设 计经验可以显著降低系统的开发和培训费用，从而可以显著降 低系统的整体成本，并大大加快系统的开发和推广速度。
可持续发展潜力大
由于以太网的广泛应用，使它的发展一直受到广泛的重视 和吸引大量的技术投入。并且，在这信息瞬息万变的时代，企 业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管 理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟， 由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
再次，全双工通信又使得端口间两对双绞线（或两根光纤） 上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。 因此，采用交换式集线器和全双工通信，可使网络上的冲 突域不复存在（全双工通信），或碰撞机率大大降低（半双 工），因此使EtherNet通信确定性和实时性大大提高。
稳定性与可靠性
在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性 及可维护性。 为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也 能稳定工作的问题，德国Hirschmann 等公司专门开发和生产了 工业以太网交换机等产品，安装在标准DIS导轨上，并有冗余电 源供电。
原因三：工业以太网的技术优势
解决了协议的开放性和兼容性问题： 以太网采用由 IEEE802.3所定义的数据传输协议，是 一个开放性的标准，为PLC和DCS厂家所广泛接受。与现场 总线相比，以太网还具有向下兼容性。在大多数场合他还 可以使用已有的布线。此外以太网还允许逐渐采用新技术。 也就是说没必要一下子改变整个网络，而是逐步升级。 解决了带宽需求问题： 目前以太网的通信速率为 10M， 100M 的快速以太网也 开始广泛应用，1000M以太网技术也逐渐成熟，10G以太网 也正在研究，其速率比目前的现场总线快得多。
《CPIP工业以太网》PPT课件
报文
报文
NODE #5
什么是以太网?
• 70年代早期由Xerox公司发明
• 最初的以太网使用粗缆（被称为以太 Ethernet)，并需要收发 器。通过AUI电缆与计算机相连。10Base5.
收发器
Jacket of PVC or Teflon
AUI电缆
什么是以太网?
• IEEE 规定有关以太网标准 802.3 • 数据链路层使用 CSMA/CD • 物理层
网络的基本结构形式
• 主 / 从 (Master/Slave)
• 对等 (Peer to Peer)
• 客户机/ 服务器( Client / Server) 浏览器/服务器 ( Browser / Server)
主/从（Master / Slave）网络
• 集中控制和管理 • 集中处理信息 • 轮询个子站 • Modbus网络为主/从网络
Transmission Control Protocol Internet Protocol
Ethernet -TCP/IP
• TCP/IP 没有 OSI 模型中的表示层与会话层 • 应用层的一些协议
– HTTP, SMTP, POP3, Modbus, UNI-TE, 等
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
• 数据集中/共享 – 节省操作站及外设的费用
• 简化数据/软件的管理 – 备份、高可靠磁盘阵列(RAID), 信息管理 – 多个用户共享信息
• 分布式任务 – 降低单个本地CPU的成本
网络的组成部件 ?
• 计算机，自动化控制器，（主机） …... • 网络接口卡 ( PCI 插卡，PCMCIA 插卡，NOE, ETY) • 网络卡驱动程序 (PLC 内置于CPU/网卡) • 网络线缆 • 网络协议 • 网络标准
工业以太网讲义课件
– physical layer: media, configuration – data link layer: MAC protocol, CSMA/CD
以太网帧结构
Ethernet Header
Data Field
PA SFD DA SA Type Data Packet
7 1 66 2
46-1500 bytes
采用以太网与TCP/IP相结合的方法
标准：HSE、EtherNET/IP和Modbus/TCP 说明：它们是建立在以太网和TCP/IP协议基础上的数 据传递。提高实时性的主要手段包括提高通信速率,控 制网络负荷以及采用全双工交换技术。 然而,交换式以太网并不是实时通信最终的解决方 案, 当多个数据流同时到达交换机时,需要将其缓存后 从目的端口顺序输出,此时多路转换和缓存的时间取决 于不同交换机的具体实现方式和网络的负载情况,其值 仍是一个不确定的数值。在许多工业应用环境中,需要 一个设备同时向多个设备发送数据(如广播或发布/预定 关系)。交换式以太网更适合于点对点的数据交换，当 广播或多播报文同时传递到一个端口时会造成数据传 递的时延。
(2) 解决带宽需求问题。
以太网最初的数据传输速度只有10Mbit/s，随着1996年快速 以太网标准的发布。以太网的速度提高到了100Mbit/s。1998年， 千兆以太网标准的发布将其速度提高到最初速度的100倍。最初的以 太网需要1.2毫秒才能传送一个1518字节大小数据；现在，快速以太 网已经将这一时间减少到120秒；如果采用千兆以太网，这一时间只 需12微秒。
带宽预留式调度方式的缺点是，当现场环境中一个 网段包含大量的网络节点，节点间随机性通信频繁时， 调度算法的效率不高。
(2) 基于时间片的分时调度方式
以太网帧结构
Ethernet Header
Data Field
PA SFD DA SA Type Data Packet
7 1 66 2
46-1500 bytes
采用以太网与TCP/IP相结合的方法
标准：HSE、EtherNET/IP和Modbus/TCP 说明：它们是建立在以太网和TCP/IP协议基础上的数 据传递。提高实时性的主要手段包括提高通信速率,控 制网络负荷以及采用全双工交换技术。 然而,交换式以太网并不是实时通信最终的解决方 案, 当多个数据流同时到达交换机时,需要将其缓存后 从目的端口顺序输出,此时多路转换和缓存的时间取决 于不同交换机的具体实现方式和网络的负载情况,其值 仍是一个不确定的数值。在许多工业应用环境中,需要 一个设备同时向多个设备发送数据(如广播或发布/预定 关系)。交换式以太网更适合于点对点的数据交换，当 广播或多播报文同时传递到一个端口时会造成数据传 递的时延。
(2) 解决带宽需求问题。
以太网最初的数据传输速度只有10Mbit/s，随着1996年快速 以太网标准的发布。以太网的速度提高到了100Mbit/s。1998年， 千兆以太网标准的发布将其速度提高到最初速度的100倍。最初的以 太网需要1.2毫秒才能传送一个1518字节大小数据；现在，快速以太 网已经将这一时间减少到120秒；如果采用千兆以太网，这一时间只 需12微秒。
带宽预留式调度方式的缺点是，当现场环境中一个 网段包含大量的网络节点，节点间随机性通信频繁时， 调度算法的效率不高。
(2) 基于时间片的分时调度方式
工业以太网精品PPT课件
• 2、对环境的适应性与可靠性的问题 • 以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控
制环境，其环境适应能力、抗干扰能力等是许 多从事自动化的专业人士所特别关心的。在产 品的设计时要特别注重材质、元器件的选择。 使产品在强度、温度、湿度、振动、干扰、辐 射等环境参数方面满足工业现场的要求。还要 考虑到在工业环境下的安装要求，例如采用 DIN导轨式安装等。像RJ45一类的连接器， 在工业上应用太易损坏，应该采用带锁紧机构 的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能 力。工业以太网Fra bibliotek内容题要
• 概述 • 工业以太网技术 • 工业以太网协议 • 几种常见的工业以太网 • 工业以太网技术的发展趋势与前景
• 随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行 各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含 从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综 合自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为 基础的企业信息化系统。
• Ethernet实时通信服务质量支持策略 • 满足通信一致性和互可操作性的应用层、用
户层协议规范 • 网络可用性 • 网络安全性 • 本质安全与安全防爆技术
以太网用于工业领域的关键问题
• 1、通信实时性问题 • 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，
其本质上是非实时的。平等竞争的介质访问控 制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时 性要求。因此以太网一直被认为不适合在底层 工业网络中使用。需要有针对这一问题的切实 的解决方案。
• 4、本质安全 • 工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，
就必须考虑本安防爆问题。这是在总线供电解决之后 要进一步解决的问题。 • 在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为 控制网络的通信技术只是工业以太网发展的一个方面， 现有的许多现场总线控制网络都提出了与以太网结合， 用以太网作为现场总线网络的高速网段，使控制网络 与Internet融为一体的解决方案。 • 在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与 互联网的融合，使控制网络无需经过网关转换即可直 接连至互联网，使测控节点有条件成为互联网上的一 员。在控制器、PLC、测量变送器、执行器、I/O卡等 设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议嵌入 Web Server便可形成支持以太网、TCP/IP协议和 Web服务器的Internet现场节点。在应用层协议尚未 统一的环境下，借助IE等通用的网络浏览器实现对生 产现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们 提出且正在实现的一个有效的解决方案。
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竞争，生产企业必须不断优化生产过程，提高产出的同时最大限度的利用生产资源， 并且企业需要保证整个生产系统非预期的停机时间减少，以减少因此带来的损失，另 外在产品周期越来越短的情况下，客户对于产品的个性化需求也在日益提高，都要求 生产系统能够在最短时间内完成产品生产的组态或者组态变更，以缩短产品投放市场 的时间。日益严格的行业法规也越来越要求生产组织者能以最有效方式来满足这些法 规，同时给监管者提供生产方面最大的透明性。基于以上原因使得工业以太网在生产 管理方面的作用越来越突出。 5Ethernet/IP提供了在MES、ERP系统中通用的标签，以满足在构建企业信息化系统中 对于底层信息的调用和定义。并且减少了底层数据的变化导致整个系统重新组态的风 险
工业以太网介绍
---OMRON：邹竹
现场总线的结构
• 物理层：定义了现场总线的 传输介质(双绞线、同轴电缆、 光纤和无线电)、传输速率最 大传输距离、拓扑结构及信 号类型等
• 数据链路层：为所有连接封 同一物理通道上的应用进程 提供实时协调管理，规定物 理层与应用层之间的接口， 信息传输的差错校验等。
-----不确定性导致网络可靠性很差
Ethemet没有用于现场总线的另外一个重要原因是，作为工业现场智能设备的核心 组成部分— — 微处理器，在20世纪80年代时还处于初期发展阶段，功能简单，数字 处理能力不强，不能处理Ethemet上“捆绑”使用的TCP／IP协议。
----处理能力差导致系统不能有效识别和处理现场信息，导致系统安全性差
三层网络架构的缺点
1.三层网络没有通用的路由服务支持，必须借助于控制器或者网关设备完成不同层次之间 的信息传递 。
2.传统的主从模式的网络是基于轮询或者主从扫描方式工作的，控制器必须要占用其宝贵 的处理能力来管理通讯，同时用户必须调用相应的功能块，或编写特定的路由表来完 成通讯的任务。这样不仅加重了处理器的负荷，影响系统实时控制性能，而且非专业 人员很难达到底层的深度透明访问。这也就是传统系统只能提供有限诊断，甚至网络 的浏览也只能限定在静态访问的原因
• 控制层网络（Collect）：通过网络完成的数据采集和发送。如上位HMI完成数据采集和 监视控制，同时也包括系统诊断信息的提取等。典型特点是数据通讯量大，要求周期性 或者应系统需要实现通讯，典型刷新时间500~1 000毫
• 管理层（Configure）：过网络完成就地和远程设备以及系统的设置、组态，程序的上 载、下载等任务，包括提供路由支持，实现网络设备的定位或者状态浏览功能。典型特 点是通讯任务为人为型、突发型，数据传送量非常大
• 应用层：定义现场总线的命 令、响应、数据和事件。分： 为用户层提供服务的FMS (Fieldbus Messaging Speeication)和与数据链路 层连接的FAS(F|eld bus Aeee~Sublaye)两个子层。
之前工厂现场总线结构
• 现场设备层（Control）：典型的包括远程I/O控制、智能型设备如变频器实时网络控制、 控制器之间通过网络实现的互锁功能等。典型特点是：数据成组，数据块大小有限但是 强调快速、可重复、确定性的通讯。典型地开关量信号5~10毫秒、模拟量40~200毫秒刷 新等。某些通过实时总线连接的就地操作员（EOI）站也可归为这一类通讯
引入Ethernet的必要性
工业以太网发展动力在于以下几点 1.自动化系统需要将生产流程中的所有东西联网，从最底层传感器到公司内部网
（Intranet）,以实现对于生产过程更为高效的控制 2.现代化生产需要工业网络尽可能扁平，最好是单一网络从顶层到车间一网到底，以
减少培训，安装和库存方面的费用 3.技术条件成熟使得以太网到工业现场成为可能。 4.最重要的原因是人们对于生产系统信息化的需求，以应对新经济条件下日作现场总 线
Ethemet区别于其他网络(如令牌网、令牌环网、主从式网络等)的重要特点是，它 采用的介质访问控制方法一CSM A／CD(carrier sense multiple access with collision detection，冲突检测载波监听多点访问),是一种非确定性或随机性通信方 式。其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其 空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络；如果两个或更多的节点监听到网 络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长 度的时间后重新发送。16次碰撞后，控制器将停止发送并向节点微处理器回报失败信 息。
对于现场总线的要求
• 三个“C”恰好可以完整描述人们对工业网络典型的功能要求。而且通常这三种功能是 从顶层到底层，随时随地、贯穿始终的。很难想象，底层丰富的诊断数据如果不能方 便地在整个网络架构中提取和共享，这种诊断的实际意义有多大。但是很显然，这三 种网络功能（Services）在数据传送量、实时性要求、发生特性上都有着极大的区别， 甚至可以说将其融合在一根总线上存在本质上的冲突和矛盾。如何解决这一矛盾？我 们的问题是： (1) 是否可以通过提高总线波特率解决这些矛盾？ (2) 三层网络本身存在纵向集成问题，如何跨越不同的网络层次完整集成这些功能 (3) 是否可以使用某种代理（Proxy）或者网关来实现这些功能？ (4) 什么是真正可行的解决方案？
• 是否可以通过提高网络波特率解决这些问题呢？答案是否定的。其根本原因在于，影 响网络吞吐量（Throughput）的三个要素中，除了波特率，还包括协议的效率和通讯 的模式。用以太网（典型1 500字节长）去处理位元（bit）信息显然效率不高。其实 核心的要素是网络通讯模式对网络带宽的使用效率和不同网络服务的优先级处理问题。 毕竟，网络波特率即便大幅提升，终究有一定限制，是有限的资源。
3.拓展性较差，对于大规模应用有较高限制，特别是对于后期追加拓展，面临系统容量限 制。
4.对于形成整体的网络，存在风险节点，网络生存性差。 5.信息集成能力不强。控制站所获取的管理信息有限，大量的数据如设备参数、故障及故
障记录等数据很难得到，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换与信息共享 可靠性不易保证。只是将控制分散到若干局部，而未能实现危险的彻底分散。大量I/O 电缆敷设施工，不仅增加了成本，也增加了系统的不可靠性。 6.可维护性不高。由于现场设备信息不全，其在线故障诊断、报警、记录功能不强，很难 完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性
工业以太网介绍
---OMRON：邹竹
现场总线的结构
• 物理层：定义了现场总线的 传输介质(双绞线、同轴电缆、 光纤和无线电)、传输速率最 大传输距离、拓扑结构及信 号类型等
• 数据链路层：为所有连接封 同一物理通道上的应用进程 提供实时协调管理，规定物 理层与应用层之间的接口， 信息传输的差错校验等。
-----不确定性导致网络可靠性很差
Ethemet没有用于现场总线的另外一个重要原因是，作为工业现场智能设备的核心 组成部分— — 微处理器，在20世纪80年代时还处于初期发展阶段，功能简单，数字 处理能力不强，不能处理Ethemet上“捆绑”使用的TCP／IP协议。
----处理能力差导致系统不能有效识别和处理现场信息，导致系统安全性差
三层网络架构的缺点
1.三层网络没有通用的路由服务支持，必须借助于控制器或者网关设备完成不同层次之间 的信息传递 。
2.传统的主从模式的网络是基于轮询或者主从扫描方式工作的，控制器必须要占用其宝贵 的处理能力来管理通讯，同时用户必须调用相应的功能块，或编写特定的路由表来完 成通讯的任务。这样不仅加重了处理器的负荷，影响系统实时控制性能，而且非专业 人员很难达到底层的深度透明访问。这也就是传统系统只能提供有限诊断，甚至网络 的浏览也只能限定在静态访问的原因
• 控制层网络（Collect）：通过网络完成的数据采集和发送。如上位HMI完成数据采集和 监视控制，同时也包括系统诊断信息的提取等。典型特点是数据通讯量大，要求周期性 或者应系统需要实现通讯，典型刷新时间500~1 000毫
• 管理层（Configure）：过网络完成就地和远程设备以及系统的设置、组态，程序的上 载、下载等任务，包括提供路由支持，实现网络设备的定位或者状态浏览功能。典型特 点是通讯任务为人为型、突发型，数据传送量非常大
• 应用层：定义现场总线的命 令、响应、数据和事件。分： 为用户层提供服务的FMS (Fieldbus Messaging Speeication)和与数据链路 层连接的FAS(F|eld bus Aeee~Sublaye)两个子层。
之前工厂现场总线结构
• 现场设备层（Control）：典型的包括远程I/O控制、智能型设备如变频器实时网络控制、 控制器之间通过网络实现的互锁功能等。典型特点是：数据成组，数据块大小有限但是 强调快速、可重复、确定性的通讯。典型地开关量信号5~10毫秒、模拟量40~200毫秒刷 新等。某些通过实时总线连接的就地操作员（EOI）站也可归为这一类通讯
引入Ethernet的必要性
工业以太网发展动力在于以下几点 1.自动化系统需要将生产流程中的所有东西联网，从最底层传感器到公司内部网
（Intranet）,以实现对于生产过程更为高效的控制 2.现代化生产需要工业网络尽可能扁平，最好是单一网络从顶层到车间一网到底，以
减少培训，安装和库存方面的费用 3.技术条件成熟使得以太网到工业现场成为可能。 4.最重要的原因是人们对于生产系统信息化的需求，以应对新经济条件下日作现场总 线
Ethemet区别于其他网络(如令牌网、令牌环网、主从式网络等)的重要特点是，它 采用的介质访问控制方法一CSM A／CD(carrier sense multiple access with collision detection，冲突检测载波监听多点访问),是一种非确定性或随机性通信方 式。其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其 空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络；如果两个或更多的节点监听到网 络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长 度的时间后重新发送。16次碰撞后，控制器将停止发送并向节点微处理器回报失败信 息。
对于现场总线的要求
• 三个“C”恰好可以完整描述人们对工业网络典型的功能要求。而且通常这三种功能是 从顶层到底层，随时随地、贯穿始终的。很难想象，底层丰富的诊断数据如果不能方 便地在整个网络架构中提取和共享，这种诊断的实际意义有多大。但是很显然，这三 种网络功能（Services）在数据传送量、实时性要求、发生特性上都有着极大的区别， 甚至可以说将其融合在一根总线上存在本质上的冲突和矛盾。如何解决这一矛盾？我 们的问题是： (1) 是否可以通过提高总线波特率解决这些矛盾？ (2) 三层网络本身存在纵向集成问题，如何跨越不同的网络层次完整集成这些功能 (3) 是否可以使用某种代理（Proxy）或者网关来实现这些功能？ (4) 什么是真正可行的解决方案？
• 是否可以通过提高网络波特率解决这些问题呢？答案是否定的。其根本原因在于，影 响网络吞吐量（Throughput）的三个要素中，除了波特率，还包括协议的效率和通讯 的模式。用以太网（典型1 500字节长）去处理位元（bit）信息显然效率不高。其实 核心的要素是网络通讯模式对网络带宽的使用效率和不同网络服务的优先级处理问题。 毕竟，网络波特率即便大幅提升，终究有一定限制，是有限的资源。
3.拓展性较差，对于大规模应用有较高限制，特别是对于后期追加拓展，面临系统容量限 制。
4.对于形成整体的网络，存在风险节点，网络生存性差。 5.信息集成能力不强。控制站所获取的管理信息有限，大量的数据如设备参数、故障及故
障记录等数据很难得到，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换与信息共享 可靠性不易保证。只是将控制分散到若干局部，而未能实现危险的彻底分散。大量I/O 电缆敷设施工，不仅增加了成本，也增加了系统的不可靠性。 6.可维护性不高。由于现场设备信息不全，其在线故障诊断、报警、记录功能不强，很难 完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性