工业控制网络(现场总线)EtherNetIP
工业控制组态及现场总线技术
工业控制组态及现场总线技术工业控制组态(Industrial Control Configuration)和现场总线技术(Fieldbus Technology)是现代工业自动化领域中的两个重要概念,它们在工业过程控制和自动化系统中扮演着关键的角色。
工业控制组态:工业控制组态是指在自动化系统中通过软件工具进行控制系统的配置和参数设置。
它包括了如下几个方面:1.PLC编程:使用可编程逻辑控制器(PLC)进行逻辑和功能块的编程,从而实现对工业过程的控制。
2.HMI设计:人机界面(HMI)的设计,通过图形化界面展示控制系统的运行状态,使操作人员能够直观地监控和控制工业过程。
3.SCADA系统:监控和数据采集系统的配置,用于实时监测和记录工业系统中的各种参数。
4.报警和事件管理:设置报警和事件处理规则,确保及时发现和响应系统异常。
5.通信配置:配置控制系统中各个组件之间的通信方式,确保各设备之间的信息交流。
现场总线技术:现场总线技术是一种用于连接现场设备(传感器、执行器等)和控制系统的通信协议和架构。
它的主要目的是减少布线复杂性、提高设备之间的通信效率,并支持实时数据传输。
常见的现场总线技术包括:1.Profibus:一种用于工业自动化的现场总线标准,支持高速数据传输和实时通信。
2.Modbus:一种串行通信协议,广泛应用于工业控制系统中,特别是在PLC和外部设备之间的通信。
3.DeviceNet:一种用于自动化设备之间通信的工业现场总线,主要应用于低层次的设备连接。
4.CANopen:基于CAN总线的开放式通信标准,广泛应用于机器控制和自动化领域。
5.Ethernet/IP:基于以太网的工业自动化通信协议,支持实时数据传输和工业以太网的特性。
通过使用现场总线技术,工业控制系统可以更灵活地配置和连接各种设备,实现数据的高效传输和实时控制。
这有助于提高系统的可扩展性、可维护性和性能。
工业数据通信和控制网络(现场总线)
工业数据通信和控制网络(现场总线)现场总线技术现场总线控制系统(简称FCS)其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构,成本低、可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构。
操作站LANH2H1服务器H1现场总线现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1现场总线#2网段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1现场总线#1网段TT105现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展1996年到1998年,国际性组织FF(现场总线基金会)和PNO(Profibus国际组织)先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2(HSE)和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。
1999年底,包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效,除H1、HSE和PA外,还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。
Profibus较适合于工厂自动化,CAN适用于汽车工业,FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。
Ethernet/IP协议简介
目录1 现场总线控制技术与工业以太网........................................................................................ - 1 -2 工业以太网实时性问题........................................................................................................ -3 -2.1 通讯确定性和实时性技术........................................................................................... - 3 -3 Ethernet/IP协议简介.......................................................................................................... -4 -3.1 Ethernet/IP工业以太网.............................................................................................. - 4 -3.1.1 Ethernet/IP协议模型及协议内容................................................................... - 5 -3.1.2 EtherNet/IP 的通信机制.................................................................................... - 7 -3.2 ProfitNet工业以太网................................................................................................. - 8 -3.2.1 基本介绍............................................................................................................ - 8 -3.2.2 实时通信............................................................................................................ - 8 -3.2.3 PROFINET .......................................................................................................... - 9 -3.2.4 安全.................................................................................................................. - 10 -3.3 Modbus-IDA工业以太网 ........................................................................................ - 11 -3.3.1 基本信息.......................................................................................................... - 11 -3.3.2 特点.................................................................................................................. - 12 -3.3.3 传输方式.......................................................................................................... - 13 -3.3.4 CRC ................................................................................................................... - 15 -3.4 Controlnet工业以太网............................................................................................. - 17 -3.4.1 原理.................................................................................................................. - 17 -3.4.2 ControlNet网络................................................................................................ - 18 -3.4.3 控制网国际有限公司...................................................................................... - 18 -3.4.4 可建造ControlNet的设备.............................................................................. - 18 -3.5 World FIP工业以太网............................................................................................. - 20 -3.5.1 概述.................................................................................................................. - 20 -3.5.2 WorldFip的特点 .............................................................................................. - 20 -3.5.3 WorldFip 协议 ................................................................................................. - 21 -3.5.4 WorldFip总线典型器件 .................................................................................. - 22 -3.5.5 开发工具.......................................................................................................... - 23 -3.5.6 目前存在的一些问题和应用前景.................................................................. - 23 -4 Ethernet/I P通信适配器硬件设计与实现....................................................................... - 25 -4.1 硬件系统总体架构.................................................................................................. - 25 - 4.2电源设计................................................................................................................... - 25 - 4.3复位电路设计........................................................................................................... - 26 - 4.4以太网通讯接口设计............................................................................................... - 26 - 4.4.1以太网电路原理......................................................................................... - 27 -4.4.2以太网芯片CS8900A-IQ3功能描述........................................................ - 27 -4.5串行通讯接口设计...................................................................................................... - 29 -4.6 主从USB接口设计.............................................................................................. - 29 - 4.7 外部I/0扩展接口设计 ........................................................................................ - 30 - 5 EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景..................................................................... - 31 -1 现场总线控制技术与工业以太网20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟,智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。
工业通讯协议有哪些
工业通讯协议有哪些工业通讯协议是指工业控制领域中用于设备间通讯和数据交换的协议标准。
在工业自动化系统中,不同厂家的设备需要进行数据交换和通讯,而工业通讯协议的应用就是为了实现不同设备之间的互联互通。
下面将介绍几种常见的工业通讯协议。
1. Modbus协议。
Modbus是一种串行通讯协议,广泛应用于工业控制领域。
它是一种简单、开放的协议,易于实现和部署。
Modbus协议主要包括Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP/IP三种变种,分别适用于串行通讯和以太网通讯。
Modbus协议常用于PLC、传感器、执行器等设备之间的通讯。
2. Profibus协议。
Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通讯协议。
它是一种开放的标准,支持高速数据传输和实时通讯。
Profibus协议主要包括Profibus DP(分布式外围设备)和Profibus PA(过程自动化)两种变种,分别适用于工业控制和过程控制领域。
3. Ethernet/IP协议。
Ethernet/IP是一种基于以太网的工业通讯协议,它将TCP/IP协议栈应用于工业控制领域。
Ethernet/IP协议支持实时控制和数据交换,广泛应用于工业自动化系统中。
它是一种开放的标准,能够实现不同厂家设备之间的互联互通。
4. Profinet协议。
Profinet是一种基于以太网的工业通讯协议,它支持实时通讯和高速数据交换。
Profinet协议具有灵活的拓扑结构和高可靠性,适用于工业自动化系统中复杂的通讯需求。
Profinet协议能够实现设备级、控制级和信息级的通讯,为工业控制系统提供了全面的解决方案。
5. CANopen协议。
CANopen是一种基于CAN总线的工业通讯协议,它广泛应用于工业控制和机器人领域。
CANopen协议支持多主控制、多速率通讯和实时数据交换,具有高可靠性和实时性。
CANopen协议适用于各种工业设备之间的通讯和控制。
工业控制网络知识点总结
工业控制网络知识点总结一、工业控制网络的概念工业控制网络是指用于工业自动化领域的数据通信系统,其目的是实现对生产设备、工艺过程和生产信息的监控和控制。
工控网络主要包括传感器、执行器、PLC、DCS、SCADA系统等组成部分。
工控网络的设计目标是提高生产效率、降低生产成本和提高生产安全性。
二、工业控制网络的特点1. 实时性:工控网络需要能够实时响应生产过程的变化,及时更新数据和控制设备。
2. 可靠性:工控网络对通信的可靠性要求非常高,因为生产过程中可能会遇到各种干扰和故障,需要能够确保数据传输的准确性和完整性。
3. 安全性:工业控制网络需要能够防范各种网络攻击和恶意操作,保证生产过程的安全性和稳定性。
4. 实时性:工控网络需要能够实时响应生产过程的变化,及时更新数据和控制设备。
5. 可扩展性:工控网络需要能够根据生产需求进行扩展和升级,灵活适应不同的生产环境和设备组合。
三、工业控制网络的组成部分1. 传感器和执行器:传感器用于采集环境参数,例如温度、压力、流量等;执行器用于对生产设备进行控制,例如电动阀门、马达、启动器等。
2. PLC(可编程逻辑控制器):PLC是工控网络的核心设备,用于实现对生产过程的自动控制。
PLC能够根据预先编制的程序对输入信号进行处理,并输出控制指令,实现对执行器的控制。
3. DCS(分布式控制系统):DCS是用于对生产过程进行集中监控和控制的系统,通常包括多个控制节点和界面站,能够实现对整个生产线的远程控制。
4. SCADA系统:SCADA系统是用于对生产现场进行实时监控和数据采集的系统,能够通过图形界面对生产现场进行动态显示和实时数据查询。
四、工业控制网络的通信协议工业控制网络使用的通信协议通常包括有线和无线两种类型,其中有线协议主要用于固定式设备的数据通信,无线协议主要用于移动设备和无线传感器网络的数据通信。
1. 有线通信协议(1)Profibus:Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议,适用于实时数据传输和设备控制。
现场总线、工业以太网、工业无线
现场总线、工业以太网、工业无线【前言】目前工业通信领域的三大主流技术:现场总线、工业以太网、工业无线。
综合应用趋势:将现场总线、以太网、嵌入式技术和无线通信技术融合到控制网络中,在保证系统稳定性的同时,又增强了系统的开放性和互操作性,从而有助于企业加快新品开发、降低生产成本、完善信息服务。
【现场总线】现场总线的出现不仅简化了系统的结构,还使得整个控制系统的设计、安装、投运、检修维护都大大简化,给工业自动化带来一场深层次的革命。
但现场总线技术至今还没有一个统一的标准。
事实上,从现场总线的概念提出开始,国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就着手开始制定现场总线的标准,至今统一的标准仍未完成。
很多公司也推出其各自的现场总线技术,但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
【工业以太网】正当现场总线标准大战硝烟正浓之时,以太网悄悄进入了控制领域,从而产生了一个新的名词工业以太网,并且由于以太网传输速率较现场总线更快等优势,以太网技术一出生就风华正茂,近年来其势头更是盖过了现场总线。
然而,正如当年的现场总线的标准之争一样,工业以太网也出现了多种不同的以太网技术,如Ethernet/IP,Profinet,ModbusTCP,EtherCAT,Powerlink等,而且这些网络在不同层次上基于不同的技术和协议,包括了OPC,CP,IP等,而且,每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持,这就决定了多种以太网技术并存的局面。
【工业无线】再说说无线技术,从复杂的布线到如今仅需要一台无线信号发射器,从依赖PC机到现在可利用任何配有无线终端适配器的设备,连接网络呈现出在任何时间、任何地域、任何设备上都畅通无阻的现状。
技术的发展同时也推动了社会的进步,无论是军用产品、工业产品,甚至民用产品,无线技术俨然成为社会发展中必不可少的一部分。
相比有线网络,无线网络具有移动性,。
Ethernet/IP协议简介
目录1 现场总线控制技术与工业以太网....................................................................................................... - 0 -2 工业以太网实时性问题 ......................................................................................................................... - 2 -2.1 通讯确定性和实时性技术........................................................................................................... - 2 -3 Ethernet/IP协议简介........................................................................................................................... -4 -3.1 Ethernet/IP工业以太网.............................................................................................................. - 4 -3.1.1 Ethernet/IP协议模型及协议内容............................................................................... - 5 -3.1.2 EtherNet/IP 的通信机制 ................................................................................................. - 8 -3.2 ProfitNet工业以太网.................................................................................................................. - 9 -3.2.1 基本介绍 .............................................................................................................................. - 9 -3.2.2 实时通信 ............................................................................................................................ - 10 -3.2.3 PROFINET ......................................................................................................................... - 11 -3.2.4 安全...................................................................................................................................... - 12 -3.3 Modbus-IDA工业以太网 ........................................................................................................ - 13 -3.3.1 基本信息 ............................................................................................................................ - 14 -3.3.2 特点...................................................................................................................................... - 15 -3.3.3 传输方式 ............................................................................................................................ - 16 -3.3.4 CRC ....................................................................................................................................... - 18 -3.4 Controlnet工业以太网 ............................................................................................................. - 21 -3.4.1 原理...................................................................................................................................... - 21 -3.4.2 ControlNet网络................................................................................................................. - 22 -3.4.3 控制网国际有限公司 ..................................................................................................... - 23 -3.4.4 可建造ControlNet的设备 ............................................................................................ - 23 -3.5 World FIP工业以太网 ............................................................................................................. - 25 -3.5.1 概述...................................................................................................................................... - 25 -3.5.2 WorldFip的特点................................................................................................................ - 26 -3.5.3 WorldFip 协议 ................................................................................................................... - 27 -3.5.4 WorldFip总线典型器件.................................................................................................. - 28 -3.5.5 开发工具 ............................................................................................................................ - 29 -3.5.6 目前存在的一些问题和应用前景 .............................................................................. - 30 -4 Ethernet/I P通信适配器硬件设计与实现................................................................................... - 31 -4.1 硬件系统总体架构................................................................................................................... - 31 -4.2电源设计 ...................................................................................................................................... - 32 -4.3复位电路设计............................................................................................................................. - 33 -4.4以太网通讯接口设计 ............................................................................................................... - 34 -4.4.1以太网电路原理......................................................................................................... - 34 -4.4.2以太网芯片CS8900A-IQ3功能描述 ................................................................... - 34 -4.5串行通讯接口设计........................................................................................................................ - 37 -4.6 主从USB接口设计............................................................................................................... - 37 -4.7 外部I/0扩展接口设计........................................................................................................ - 38 -5 EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景................................................................................ - 39 -1 现场总线控制技术与工业以太网20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟,智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。
工业控制网络(现场总线)EtherNetIP
6.2.4.6 ListServices
注:确定目的节点支持哪一个封装服务类。
6.2.4.6 ListServices
6.2.4.6 ListServices
6.2.4.7 SendRRData
注:传送一个封装的请求/回复数据包。
6.2.4.7 SendRRData
注:当用于封装CIP时,SendRRData请求 和响应被用于发送封装的UCMM报文。
6.2.3.2 命令区
注:若接收到不支持的命令,将把错误代 码返回给发送者。
6.2.3.3 长度区
封装报文的总长度应限制在65535字节以 内。一个报文的总长度应为长度区的值加上 封装头部的24字节长度。
6.2.3.4 会话句柄
会话句柄应由目标产生,并在对 RegisterSession请求的响应中返回给源发端。 源发端将其插入到发送给该特定目标的后续 的每个数据包中。一个特定命令是否需要一 个会话是在该命令的描述中被注明的。
多点播送的地址标准正在被制定且未被 使用。
6.4 物理层
同轴和COTS系统已用于信息系统和受限 的控制系统为主的工业环境。这些系统绝大 部分已成功地提供了10Mb/s的服务。
COTS部件的使用可能会降低系统性能。 使用这种产品或部件在控业控制应用中性能 不佳。基于工业EtherNet/IP产品的铜导线和光 纤可满足Ethernet/IP规范的所有的应用要求。
6.1 概述
6.1 概述
几个重要概念: 广播风暴 (broadcast storm)- 网络上的一个错
误数据包的广播,它会引起多个主机立刻响应。一 般说来,这种平等的错误数据包会引起风暴,严重 地成指数增长。
数据报(datagram)- 装载足够由一个源到目 的计算机的路由信息的数据的一个自身含有的独立 实体,而不需依靠源与目的计算机先前的信息交换 和传输网络。
ControlNet和EtherNet-IP现场总线
备能在上述整个网络中实现即插即用。对象的定义是严格的,在同一种网络
上支持实时报文、组态和诊断。为了提高工业以太网的实时性能,ODVA(开
放的DeviceNet供应商协会)于2003年8月公布了IEEE1588用于EtherNet/IP
(NUI)内调节节点的传送信息机会。
Type2现场总线系统体系结构
EtherNet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网络,它使用有源星形
拓扑结构,可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP
之上附加控制和信息协议(CIP),提供一个公共的应用层。CIP的控制部分用
于实时I/O报文,其信息部分用于报文交换。ControlNet和EtherNet/IP都使
ControlNet和EtherNet/IP现场总线
ControlNet和EtherNet/IP现场总线
由ControlNetInternaTIonal(CI)组织负责制定的Type2现场总线标准
由以下部分组成:
PhL和DLL:ControlNet;
AL:Control Net和EtherNet/IP。
实时控制应用的时钟同步标准。
Type2现场总线系统体系结构如图所示。ControlNet采用一种新的通
信模式,即生产者/客户(Producer/Consumer)模式,这种模式允许网络上的所
有节点,同时从单个数据源存取相同的数据,其主要特点是增强了系统的功
能,提高了效率和实现精确的同步。网络的媒体送取,通过限制时间存取算
法来控制,即采用并行时
工业控制网络(现场总线)EtherNetIP
6.3 显式与I/O信息到TCP/IP的映 射
本节主要阐述封装协议在CIP中的应用, 重点介绍了UCMM和连接数据包的封装。当 一个CIP数据包的路径穿过Ethernet-TCP/IP网 络时,会使用TCP/IP协议族和封装协议来发 送封装的数据包。
6.3.2.1 未连接报文
6.3.2.1 未连接报文
6.3.2.2 CIP传送类0和类1连接
使用UDP和封装协议所定义的公共数据 包格式来发送传送类0和类1连接的数据包。 特定应用允许一定程度的数据包丢失。 Ethernet不适合那些不容忍任何数据包丢失的 应用。若在RPI*CTM所指定的时间内没有收 到数据包,连接就破裂。
6.3.2.3 CIP传送类2和类3连接
若一个源发端进程检测到目标已关闭其终端的 一个连接,或连接已经破裂,则它认为与目标的会 话已破裂,并关闭与目标的连接。然后建立一个新 的会话来恢复与目标的通信。
6.2.5.4 TCP行为
尽管源发端在一个连接的另一端被关闭时被通 知。一个破裂的连接仅可当一个进程试图在连接上 发送一个报文时才被检测到。
工业控制网络 (现场总线)
第6章 EtherNet/IP
EtherNet/IP ( Ethernet/Industrial Protocol )是一种适用于工业环境的通信系统。 EtherNet/IP 使 用 控 制 与 信 息 协 议 CIP 协 议 ( Control and Information Protocol),其公共的 网 络 层 、 传 输 层 和 应 用 层 亦 为 ControlNet 和 DeviceNet共享。是位于开放的、高度流行的 EtherNet和TCP/IP协议的顶层的一个公共的、 开放的应用层。
6.2.3.5 状态区
什么是现场总线和工业以太网?有什么区别?工业以太网也是工业通信网络!
什么是现场总线和工业以太网?有什么区别?工业以太网也是工业通信网络!摘要: 随着智能制造工业4.0”战略方针的开展,通信技术、计算机技术、IT 技术的发展已经逐渐的渗入到工控领域,其中最主要的表现就是工业以太网技术和工业现场总线技术,为自动化技术带来很有力的推动。
那幺下面我就来给...随着智能制造”工业4.0”战略方针的开展,通信技术、计算机技术、IT 技术的发展已经逐渐的渗入到工控领域,其中最主要的表现就是工业以太网技术和工业现场总线技术,为自动化技术带来很有力的推动。
那幺下面我就来给大家介绍一下现场总线和工业以太网技术!现场总线现场总线是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通信网络,它是应用在生产现场,连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、分支结构的通信网络。
1、现场总线测量系统现场总线的测量系统主要特点是多变量高性能的测量,使测量仪表具有计算能力等更多的功能,由于是采用数字信号,具有准确性高、分辨率高、抗干扰、抗畸变能力强,同时还具有仪表设备的状态信息,还可以对处理过程进行调整。
2、设备管理系统可以提供设备自身及过程的管理信息、诊断信息、设备运行状态信息(包括智能仪表)、厂商提供的设备制造信息等。
现场总线原理图3、现场总线控制系统现场总线控制系统是整个系统重要组成部分,控制系统的软件有仿真软件、组态软件、设备软件、维护软件和监控软件等。
首先要选择开发组态软件,控制操作人机接口软件MMI,这些通过组态软件,完成功能块之间的连接,在选定功能块的参数,进行网络组态。
4、数据库数据库是有组织的,动态的存储大量有关数据与应用程序,从而实现数据的交叉访问和数据共享,有很高的独立性。
工业设备在运行的过程当中参数连续发生变化,数据量也很大,控制与操作的实时性要求很高,所以就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据系统。
现场总线服务模块5、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是当前比较流行的网络计算机模式。
现场总线与工业以太网总线知识概述
现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议,用于实现工业设备之间的数据交换和联网。
本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。
2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议,它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上,实现设备的多对多通信。
2.2 特点•高可靠性:现场总线具有高抗干扰性和冗余技术,能够保证数据的可靠传输。
•简化布线:现场总线使用单根通信线连接多个设备,减少布线工作量。
•实时性强:现场总线能够实现实时数据交换和控制,满足工业自动化的要求。
•易于扩展:现场总线支持设备的插拔,方便系统的扩展和维护。
2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域,用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。
3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议,用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。
3.2 特点•高带宽:工业以太网总线支持高速数据传输,满足对数据通信速度要求较高的应用场景。
•灵活可靠:工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术,能够满足复杂工业环境中的通信需求。
•开放性强:工业以太网总线基于标准以太网协议,具备良好的兼容性和互操作性。
•易于集成:工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。
3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用,特别是在大规模工业控制系统中。
常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。
4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备,形成总线型拓扑结构;而工业以太网总线通常采用交换机连接设备,形成星型或树型拓扑结构。
4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快,可达到千兆位级别,适用于对通信速度要求较高的场景;而现场总线的通信速度较慢,一般在10M或100M的范围内。
工业现场总线的概念
工业现场总线的概念工业现场总线的概念工业现场总线是指用于工业自动化领域中不同设备之间进行数据通信的一种通信协议。
它提供了一种统一的标准接口和通信协议,使得各种设备能够方便地进行数据交换和通信。
总线的定义总线是指在多个设备之间传输信息的一种通信方式。
它将多个设备连接在一条线上,通过这条线进行数据传输。
在工业现场,总线通常用于连接各种传感器、执行器、控制器等设备。
工业现场总线的优点•简化系统结构:工业现场总线能够将不同设备通过一条总线连接起来,避免了复杂的布线结构,减少了硬件成本和维护难度。
•提高设备之间的互操作性:工业现场总线定义了统一的通信协议和数据格式,使得不同厂家生产的设备可以进行有效的数据交换和通信。
•实时性能好:工业现场总线通常采用高速传输协议,可以实现实时性要求高的应用场景,如工业控制系统。
常用的工业现场总线协议1. ModbusModbus是一种常用的工业现场总线通信协议,广泛应用于工业自动化领域。
它采用了客户-服务器的通信模型,支持RS485、TCP/IP等传输介质,具有简单易用、开放性强的特点。
2. ProfibusProfibus是一种德国工业自动化领域常用的工业现场总线协议,被广泛应用于工业自动化设备之间的数据通信。
它支持RS485、光纤等传输介质,具有高速传输、可靠性高的特点。
3. Ethernet/IPEthernet/IP是一种基于以太网的工业现场总线协议,它结合了工业自动化领域的实时性要求和以太网的高带宽优势。
它采用了CIP (Common Industrial Protocol)作为通信协议,可以在以太网上实现实时性能好的数据通信。
4. CANopenCANopen是一种基于CAN总线的工业现场总线协议,主要应用于工业自动化领域中的灵活自动化系统。
它具有高实时性、可靠性强、支持多设备连接等特点。
结论工业现场总线是工业自动化领域中设备之间进行数据通信的一种重要方式。
它通过定义统一的通信协议和数据格式,实现了不同设备之间的互操作性和数据交换。
Ethernet/IP协议简介
目录1.现场总线控制技术与工业以太网2.工业以太网实时性问题3.Ethernet/IP协议简介4.Ethernet/I P通信适配器硬件设计与实现5.EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景Ethernet/IP协议简介1 现场总线控制技术与工业以太网20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟,智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。
现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来的。
它的初衷是用数字通讯代替4--20mA模拟传输技术,但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展,在控制领域内引起了一场前所未有的革命。
控制专家们纷纷预言:FCS将成为21世纪控制系统的主流。
然而在控制界对FCS进行概念炒作的时候,却注意到它的发展在某些方面的不协调,其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一:8种现场总线经过14年的纷争,最后IEC的现场总线标准化组织经投票,通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准,即:FF H1,Control Net,ProfiBus,InterBus,P.Net,World FIP,Swift Net,FF之高速EtherNet即HSE。
这8种现场总线互不兼容,这也使得各厂商的仪表设备难以在不同的FCS中兼容。
此外,FCS的传输速率也不尽人意,以基金会现场总线(FF)正在制定的国际标准为例,它采用了ISO的参考模型中的3层(物理层、数据链路层和应用层)和极具特色的用户层,其低速总线H1的传输速度为31.25kbps,高速总线H2的传输速度为1 Mbps或2.5Mbps,这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。
又如广泛用于汽车行业的Can总线系统,其最高的传输速率为1 Mbps/40米;这些现场总线受通讯距离制约较大。
由于上述原因,使FCS在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。
现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
SDO报文格式
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO报文格式
水现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT *
SDO应用举例
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
预定义报文或者特殊功能对象
同步(SYNC) 时间标记对象(TimeStamp) 紧急事件(Emergency) 节点/寿命保护(Node/Life guarding)
➢ PDO通讯参数:包含哪个COB-ID将被PDO使用,传输类型 ,禁止时间和定时器周期
➢ PDO映射参数:包含一个对象字典中对象的列表,这些对象 映射到PDO里,包括它们的数据长度(in bits)。生产者和 消费者必须知道这个映射,以解释PDO内容
PDO消息的内容是预定义,映射应用对象到PDO中是在 设备对象字典中描述的。
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
(6)可使用多种线缆和连接器; (7)数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式; (8)采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式,有利于节点之间的可靠通 信; (9)提供典型的预定义主/从连接组,最多可 支持127个节点; (10)提供很大的灵活性,应用非常广泛。
工业控制系统接口标准
工业控制系统接口标准
工业控制系统的接口标准有多种,以下是一些常见的接口标准:
1. Modbus:Modbus是一种串行通信协议,用于在工业控制系统中连接不同设备,如传感器、执行器和监视器。
它是一个开放的通信协议,支持多种物理介质和网络架构。
2. Profibus:Profibus是一种现场总线通信协议,广泛应用于工业自动化领域。
它可以用于连接各种设备,包括传感器、执行器、PLC和DCS等。
Profibus提供了高速、可靠的数据传输,并支持分布式控制系统。
3. Ethernet/IP:Ethernet/IP是一种基于以太网的工业通信协议,它将以太网和工业自动化集成在一起。
它提供了实时数据传输、设备管理和网络安全等功能,广泛应用于工业控制系统中。
4. CAN(Controller Area Network):CAN是一种串行通信协议,主要用于车辆和工业领域的控制系统。
它具有高度可靠性和抗干扰能力,适用于需要长距离通信和实时数据传输的应用场景。
5. OPC(OLE for Process Control):OPC是一种通信协议和软件标准,用于在工业控制系统中实现设备间的数据交换。
它提供了统一的接口和数据模型,使得不同厂商的设备可以互相通信和集成。
这些接口标准在工业控制系统中起到了关键作用,使得不同设备能够进行数据交换和协调工作,实现自动化控制和监测。
具体选择哪种接口标准取决于应用需求、设备兼容性和网络架构等因素。
1。
Ethernet/IP协议简介
目录1.现场总线控制技术与工业以太网2.工业以太网实时性问题3.Ethernet/IP协议简介4.Ethernet/I P通信适配器硬件设计与实现5.EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景Ethernet/IP协议简介1 现场总线控制技术与工业以太网20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟,智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。
现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来的。
它的初衷是用数字通讯代替4--20mA模拟传输技术,但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展,在控制领域内引起了一场前所未有的革命。
控制专家们纷纷预言:FCS将成为21世纪控制系统的主流。
然而在控制界对FCS进行概念炒作的时候,却注意到它的发展在某些方面的不协调,其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一:8种现场总线经过14年的纷争,最后IEC的现场总线标准化组织经投票,通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准,即:FF H1,Control Net,ProfiBus,InterBus,P.Net,World FIP,Swift Net,FF之高速EtherNet即HSE。
这8种现场总线互不兼容,这也使得各厂商的仪表设备难以在不同的FCS中兼容。
此外,FCS的传输速率也不尽人意,以基金会现场总线(FF)正在制定的国际标准为例,它采用了ISO的参考模型中的3层(物理层、数据链路层和应用层)和极具特色的用户层,其低速总线H1的传输速度为31.25kbps,高速总线H2的传输速度为1 Mbps或2.5Mbps,这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。
又如广泛用于汽车行业的Can总线系统,其最高的传输速率为1 Mbps/40米;这些现场总线受通讯距离制约较大。
由于上述原因,使FCS在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。
什么是现场总线,什么是工业以太网
在工作中,很多新人问我究竟什么是现场总线,什么是工业以太网,对于刚入行的新人来说是比较难理解,我这里尽量采用通俗的讲法给大家解释一下现场总线和工业以太网。
现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。
通俗地讲,现场总线就是用在现场的总线技术,和计算机内部的总线概念一样,但是由于现场的特殊环境(如温度,安装条件,干扰等等),不同余计算机通常用于室内,为了区别,所以我们把这种总线称为现场总线。
做过PLC的人都知道,如果现场有100个I/0点,我们就需从PLC柜引超过100根的电线到现场,如果是1000个呢??所以有人就想,能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢?不错,现场总线就实现了这种功能。
它及大方便了布线。
还有一点,现场总线把原先PLC要实现的功能分散到了现场设备/仪表。
还有一点很重要:现场总线采用的数字传输。
数字化是各行各业普遍的趋势。
我们的电视现在都数字化了。
工业控制也要数字化!!数字传输比较模拟量传输就很大的优势!世界就是这么奇怪,当人类自以为聪明,把问题复杂话的时候惊奇的发现0和1才是世界的本质。
现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式,它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输,同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。
一般的现场总线具有以下几个特点:1、布线简单2、开放性3、实时性4、可靠性对于上面几个概念应该都比较好理解,深入的了解,大家可以参考相关资料。
工业以太网,所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。
以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准,但它是为办公自动化的应用而设计的,并没有考虑到工业现场环境的需求,比如高温、低温、防尘等,所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。
所以工业以太网就随之产生了。
还有一个问题,很多人常问:为什么有那么多的现场总线协议,那么多的工业以太网协议呢?工业网络的发展经历了20多年,由于对未来的自动化控制的战略意义重大,市场潜力巨大,国际上著名的自动化设备制造商都千方百计地研发有自己特色的工业网络,各种现场总线和工业以太网相继产生。
工业控制网络与Ethernet和TCPIP技术
工业控制网络与Ethernet和TCP/IP技术1 引言20世纪80年代中期发展起来的现场总线(Fieldbus)技术,由于其适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向,促进了目前的自动化仪表、DC S(Distributed Control System) 和PLC等产品所面临的体系结构和功能结构的重大变革,导致工业自动化产品的更新换代,从而给控制领域带来了一场革命。
但是,目前现场总线标准不统一,多种总线互不兼容,不同公司的控制器之间不能实现相互高速的实时数据传输,信息网络存在协议上的鸿沟,难以实现真正的开放性。
而以太网以其低成本、通信速率高、高度开放性的优点逐渐受到人们的关注。
2 以太网技术介绍2.1 以太网技术基础以太网是由DEC、Intel和Xerox三家公司在20世纪70年代开发研制的。
它采用的是载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)的多路访问协议。
设计以太网最初是为了使系统能够不局限于某一种传输介质,如光纤、同轴电缆、无线电波,因此取名为以太网。
80年代中期,IEEE在DEC、Intel和Xerox三家公司开发的以太网基础上,制定了802.3LAN标准。
因此,现在有IEEE的802.3LAN标准和DIX II以太网2个标准,但二者差别不大,他们的帧格式如图1所示。
图1 DIX Ethernet数据帧格式在IEEE 802.3标准中,定义目的地址和源地址长度是2字节或者6个字节。
因此帧的长度范围是64-1518个字节。
需要注意的是在实际应用中,目的地址和源地址长度都是6字节,因此帧的实际最小长度为72个字节。
2.2 以太网技术的特点以太网由于其应用的广泛性和技术的先进性,逐渐应用于工业现场。
与目前的现场总线相比,以太网具有以下优点:(1) 成本低廉目前以太网卡的价格只有Profibus、FF等现场总线网卡的1/10。
(2) 应用广泛以太网可以保证多种开发工具和开发环境可供选择。
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6.3.3 连接管理者对象
连接类型
优先级 触发类型
NULL、多点播送或点对点
低、高或预定 周期、COS或应用
连接长度
连接路径
不超过65511字节
在一个端口段内作为一个ASCII 字符串被编码
连接请求超时 应足够长以允许连接的建立
6.3.4 CIP传送类0和类1连接数据
6.3.5 IP多点传送地址范围与地址 分配
6.5 设备描述
标识 对象 连接管理 者对象 应用 对象
TCP/IP 接 口对象
报文路由器 对象
CIP UCM M
封装
CIP 传送
6.5.2 必选对象
每个Ethernet/IP设备至少实现下面对象的实 例1。 • 标识对象(类代码=0x01) • 报文路由器对象(类代码=0x02) • 连接管理者对象(类代码=0x06) • TCP/IP接口对象(类代码=0xF5) • 若使用 Ethernet 媒体,则相应的链接对象 应为Ethernet链接对象(类代码=0xF6)。 • 尽管UCMM没有类代码,每个设备也需实 现UCMM。
未连接数据项
封装一个未连接报文的数据项。
连接数据项
封装一个连接传送数据包的数据项。
Sockaddr info 项
Sockaddr info项用于封装在目标和源发端 之间发送数据报所需的槽地址信息。源发端目标和目标-源发端分别拥有各自槽信息。
6.3 显式与I/O信息到TCP/IP的映 射
本节主要阐述封装协议在CIP中的应用,
注:此回复返回的项均未被公开定义。
6.2.4.4 RegisterSession
注:发起一次会话。
6.2.4.4 RegisterSession
6.2.4.5 UnRegisterSession
注:终止会话。不用回复。会话句柄被设 置为初始 RegisterSession 回复中获取 的值。
6.2.4.6 ListServices
工业控制网络 (现场总线)
第6章 EtherNet/IP
EtherNet/IP ( Ethernet/Industrial Protocol )是一种适用于工业环境的通信系统。 EtherNet/IP 使 用 控 制 与 信 息 协 议 CIP 协 议 ( Control and Information Protocol),其公共的 网络层、传输层和应用层亦为 ControlNet 和 DeviceNet 共享。是位于开放的、高度流行的 EtherNet和TCP/IP协议的顶层的一个公共的、 开放的应用层。
6.2.3.5 状态区
状态区的值指明接收者是否能执行请求
的封装命令。一个回复中的值0指明命令执行
成功。发送者指定的所有的请求中,状态应
为0。此区不反映由报文数据部分所含的封装 协议数据包产生的错误。
6.2.3.5 状态区
6.2.4.1 NOP(空)
注:NOP为源发端或目标确定TCP连接是 否开放提供了一种方法。
6.6.2 TCP/IP接口对象(类代码 =0xF5)
TCP/IP 接口对象可配置的项包括 IP 地址
、网络屏蔽和网关地址。
(1)状态实例属性
(2) 配置性能实例属性
(3) 配置控制实例属性
(4) 物理链路对象
(5) 接口配置
(6) 主机名称
主机名称属性含有设备的主机名字。
6.6.2.3 公共服务
6.2.6 公共信息包格式
公共数据包格式为使用封装协议传送的 协议数据包定义了一个标准格式。
6.2.6 公共信息包格式连接的地址项
被用在面向连接的封装协议。数据含有 一个连接标识符。
序列地址项
被用在CIP传送类0和类1连接数据。数据 含有一个连接标识符和一个序列号。
注:确定目的节点支持哪一个封装服务类。
6.2.4.6 ListServices
6.2.4.6 ListServices
6.2.4.7 SendRRData
注:传送一个封装的请求/回复数据包。
6.2.4.7 SendRRData
注:当用于封装 CIP 时, SendRRData 请求 和响应被用于发送封装的UCMM报文。
6.1 概述
6.1 概述
几个重要概念: 广播风暴 (broadcast storm)- 网络上的一个错 误数据包的广播,它会引起多个主机立刻响应。一 般说来,这种平等的错误数据包会引起风暴,严重 地成指数增长。 数据报(datagram)- 装载足够由一个源到目 的计算机的路由信息的数据的一个自身含有的独立 实体,而不需依靠源与目的计算机先前的信息交换 和传输网络。
6.2.5.3 终止会话
两种方式: ⊙源发端或目标将关闭底层的 TCP 连接。相应 的目标或源发端检测 TCP 连接的丢失,并关闭其自 身端的连接; ⊙源发端或目标将发送一个UnRegisterSession命 令,并等待检测关闭 TCP 连接,相应的目标或源发 端关闭自身端的 TCP 连接。 UniRegisterSession 的发 送者检测到 TCP 连接关闭,它将关闭自身端的连接 。
6.2.2 TCP和UDP的使用
6.2.3.1 封装数据包结构
封装报文均由固定长度为 24 字节的头部
和后续的可选数据部分组成。封装报文的总 长度(包括头部)应限制在65535字节以内。 封装报文内的多字节整数区应以小端字节顺 序发送,这与标准Internet网络协议不同。
6.2.3.1 封装数据包结构
6.6.3 Ethernet链路对象(类代码 =0xF6)
Ethernet 链路对象 为 Ethernet802.3 通信接
口维护链路特定计数器和状态信息。
(1) 接口标志
(2)接口速度
接口速度 属性指出接口是运行在 10Mbps 、100Mbps还是1Gbps。此属性的单位为Mbps ,因此,若接口运行在100Mbps,则此属性为 100。接口速度目的在于描述媒体带宽;若接 口运行在全双工模式,此属性不可加倍。
法可被用于CIP工业协议或其它网络。此封装 协议具有 OSI 参考模型第 2 层数据链路层的功 能。
6.2.2 TCP和UDP的使用
封装协议定义了一个将被所有Ethernet/IP设备支 持的保留的TCP端口号0xAF12 。封装协议也定义了 所 有 Ethernet/IP 设 备 所 支 持 的 保 留 的 UDP 端 口 号 0xAF12 。 TCP/IP 是一种基于流的协议。它允许发送选择 任意长度的 IP 数据包。 UDP 与 TCP 不同,它没有能 力来对信息包重新排序,无论何时使用 UDP 来发送 一个封装报文,整个报文将会在一个独立的 UDP 数 据包中被发送。
6.2.5.4 维护会话
除非发生下述事件,连接应被保持:
⊙源发端或目标关闭TCP连接;
⊙源发端或目标发起UniRegisterSession
命令;
⊙TCP连接被打破。
6.2.5.4 TCP行为
TCP是一种可靠的、面向连接的协议。 若一个进程在连接任意一端关闭连接,则 TCP 的另一个终端会立刻被通知;若来自一个进程的一 个报文不能在合理的时间内传送到另一个终端时, 认为连接已经被破坏。 若一个源发端进程检测到目标已关闭其终端的 一个连接,或连接已经破裂,则它认为与目标的会 话已破裂,并关闭与目标的连接。然后建立一个新 的会话来恢复与目标的通信。
(3) 物理地址
物理地址属性含有接口的 MAC层地址。 物理地址 是 8 位字节的一个数组。建议使用 “XX-XX-XX-XX-XX-XX”格式显示,起始于 第一个8位字节。物理地址是不可设的属性。 Ethernet地址由制造商来分配。
(4) 接口计数器
接口计数器 属性含有与接口上接收数据 包 相 关 的 计 数 器 。 这 些 计 数 器 在 RFC1213“MIB-II管理信息基础”中定义。
6.2.4.8 SendUnitData
注:发送封装报文。此命令在封装协议拥有自身的底层 端对端传送机制时被使用,回复不需被返回。
6.2.5 会话管理
一个TCP封装会话分为三个阶段。
⊙建立会话
⊙维护会话
⊙关闭会话
6.2.5.2 建立会话
源发端开放一个到目标的TCP连接; 发送一个RegisterSession命令给目标; 目标将检测命令报文内的协议版本。若不 支持,将返回支持的最高协议版本; 若支持,目标将分配一个新的(唯一的) SessionID,并回复给源发端。
6.2.5.4 TCP行为
尽管源发端在一个连接的另一端被关闭时被通 知。一个破裂的连接仅可当一个进程试图在连接上 发送一个报文时才被检测到。 TCP 协议支持保持激活进程。当连接在一段时 间内处于空闲, TCP 会发送一个保持激活报文给其 连接的另一个终端。 连接保持几分钟内都不可用,则 TCP 连接失效 。
6.2.3.2 命令区
注:若接收到不支持的命令,将把错误代 码返回给发送者。
6.2.3.3 长度区
封装报文的总长度应限制在65535字节以
内。一个报文的总长度应为长度区的值加上 封装头部的24字节长度。
6.2.3.4 会话句柄
会话句柄应由目标产生,并在对
RegisterSession 请求的响应中返回给源发端。 源发端将其插入到发送给该特定目标的后续 的每个数据包中。一个特定命令是否需要一 个会话是在该命令的描述中被注明的。
重点介绍了 UCMM 和连接数据包的封装。当
一个 CIP 数据包的路径穿过 Ethernet-TCP/IP 网
络时,会使用 TCP/IP 协议族和封装协议来发 送封装的数据包。
6.3.2.1 未连接报文
6.3.2.1 未连接报文
6.3.2.2 CIP传送类0和类1连接
使用 UDP 和封装协议所定义的公共数据