工业以太网介绍教学教案
8 工业以太网
8.7 台达工业以太网设备简介
2. DVPEN01-SL模块外观及功能介绍
8.7 台达工业以太网设备简介
3. DVPEN01-SL模块ModbusTCP控制寄存器
8.7 台达工业以太网设备简介
二、台达工业以太网远程I/O模块 1. RTU-EN01模块特点 （1）支持Modbus TCP 协议； （2）支持Smart PLC 、计数器、定时器、万年 历； （3）最大支持16 台数字量模块与8 台模拟量模 块； （4）支持ModbusTCP/Modbus 网关； （5）支持通过网页设定参数； （6）支持MDI/MDI-X 自动检测。
网络维护报文一般采用广播方式发送。
8.5 Ethernet/IP
三、基于Ethernet/IP的工业以太网组网 1.系统规划
确定系统应用需求
系统性能预测（带宽 、I/O数据刷新周期）
2.网络规划与网络安装
（1）设备的选择 网线的选择 连接器的选择 集线器的选择
8.5 Ethernet/IP
三、EPA的网络结构
8.3 PROFINET
一、PROFINET技术的起源 PROFINET是PROFIBUS国际组织（PNO）于 2001年8月发表的新一代通信系统。 在2003年4月IEC颁布的现场总线国际标准 IEC61158第3版中，PROFINET被正式列为国际 标准IEC61158Type10。 PROFINET是一种工业以太网标准，能够将现 场控制层和企业信息管理层有机地融合为一体。
EPA已在化工、制药等多个领域的典型装置上获 得了成功的应用性
（2）支持EPA报文与一般网络报文并行传输
（3）分层化网络安全策略
（4）基于XML的EPA设备描述与互操作
S7-300PLC的工业以太网通信
授课内容S7-300PLC的工业以太网通信一、教学目标终极目标：使学生掌握如何建立S7-300PLC的工业以太网通信；促成目标：1)了解什么是工业以太网；2)掌握S7—300PLC工业以太网的特性及构成；3)掌握S7—300PLC工业以太网通信方法。
二、工作任务让学生掌握S7-300PLC工业以太网的通信内容，为实验做好铺垫。
三、能力训练（一）工业以太网通讯技术⏹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。
⏹工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。
该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。
工业以太网以其特有的第成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商。
1.1 以太网技术⏹以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。
以太网的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。
以太网也是当前主要应用的一种局域网（Local Area Network）类型。
目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种：⏹10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s；⏹快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼容10Base-T 以太网；⏹Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以太网的交换机和路由器设备；⏹10Gigabit以太网——2002年6月发布，是一种更快的以太网技术。
工业以太网入门教程
工业以太网入门教程[第1讲]——工业以太网联网设备基本知识提供:美国科动控制系统公司作者:科动浏览次数：4716今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。
但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。
很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。
但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。
这些都是最基本需要了解的产品选择因素。
如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。
不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。
控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。
从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。
为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
集线器(Hub)相信绝大多数人都熟悉集线器。
很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。
工业以太网课程设计
工业以太网课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解工业以太网的基本概念、原理及体系结构；2. 学生能掌握工业以太网与普通以太网的差异，了解其在工业自动化领域的应用；3. 学生能了解工业以太网的关键技术，如冗余、实时性、可靠性和安全性；4. 学生能掌握工业以太网的组网方法、设备选型及网络配置。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决工业现场的网络通信问题；2. 学生能独立完成工业以太网的组网、设备配置及调试；3. 学生能运用工业以太网技术，设计简单的工业自动化控制系统。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工业以太网的兴趣，提高学习积极性；2. 培养学生严谨、务实的学习态度，注重理论与实践相结合；3. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与交流能力；4. 培养学生关注工业自动化领域的发展，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为专业选修课，旨在帮助学生掌握工业以太网的基础知识、技术应用和实际操作能力。
学生特点：学生已具备计算机网络、自动化控制等相关知识基础，具有一定的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，采用理论教学与实践教学相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来从事工业自动化领域的工作奠定基础。
二、教学内容1. 工业以太网概述：介绍工业以太网的发展历程、基本概念、原理及体系结构，对比分析工业以太网与普通以太网的差异。
教材章节：第一章 工业以太网概述2. 工业以太网关键技术：讲解工业以太网的关键技术，如冗余、实时性、可靠性和安全性，分析其在工业自动化领域的重要性。
教材章节：第二章 工业以太网关键技术3. 工业以太网设备与组网：介绍工业以太网的设备类型、功能及选型方法，讲解工业以太网的组网方法及网络配置。
教材章节：第三章 工业以太网设备与组网4. 工业以太网应用案例：分析工业以太网在典型工业自动化控制系统中的应用案例，如生产线控制、智能制造等。
工业以太网入门教程第1讲——工业以太网联网设备基本知
CTRLink产品家族由集线器、交换机、接口转接器、路由器及网络视频产品。
集线器标识中继集线器而交换机表示交换集线器。
接口转接器提供双绞线至光纤电缆的转接。
现代工业以太网网络的接线采用双绞线或光纤的星型或环形拓扑。
如果网络连接的设备超过两个，需要集线器，它有两种基本的形式－集线器和交换机。
中继型集线器是最简单的集线器，它工作在物理层提供了网络扩展的最简单方式并兼容碰撞检测的规则在半双工共享型以太网中加强了内涵。
在不超过碰撞域的地理距离或电缆距离的限制下，最多可级联四个集线器。
中继型集线器工作在10Mbps。
可通过EI系列和EIM迷你型系列实现。
交换集线器实际上定义为网桥，即数据链路层设备。
网桥允许两个或多个以太网网络的链路，碰撞域在每个网络中有了分割。
使用交换机的优点是扩展规则更加简单，理论上允许交换机没有限制地级联。
交换机亦可配置在全双工方式下，消除半双工、共享型以太网网络。
交换型集线器包括EIS系列、EISM迷你型、EISC可配置型、和EISX紧凑型可管理和不可管理型。
连接光纤网络至双绞线网络可通过集线器或交换机实现。
接口转接器的功能类似。
与集线器类似，接口转接器定义为物理层设备。
接口转接器设备包括EIMC迷你型接口转接器。
协议以太网定义了ISO OSI开放系统互联标准模型的物理层和数据链路层。
在这两个层上定义了多个协议，其中以TCP/IP最流行。
即使在TCP之上，针对自动化行业有多个应用层协议，如Ethernet/IP，PROFInet,HSE,MODBUS/TCP,BACnet和一些私有协议。
由于CTRLink产品基于以太网技术，这些产品可在所有协议上工作，包括TCP/IP。
在选用CTRLink时，协议并不是考虑问题。
供电安全和方便起见，CTRLink产品工作在可调整的或不可调整的低压直流或交流电压。
直流电压的范围是10V~36V。
交流电压的范围是8~24 V，47~63Hz。
电源消耗按不同型号而变，但通常为5瓦或低于5瓦。
《工业以太网》课件
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。
《工业控制网络与人机界面组态技术》电子教案 第八章+工业以太网技术与应用
首选，并且有逐渐向下延伸直接应用于工业现场设备间的 通信的趋势。
工业以太网应具有的特性：
工业以太网与商业以太网在技术上兼容，但在 产品设计时，在材质的选用、产品强度和适用性方 面应能满足工业现场的需要。工业以太网产品需具 有一下特性：
因此，以太网成为“确定性”网络，为它应 用于自动化控制领域消除了主要障碍。
与其他现场总线或工业通信网络相比，以太 网具有一下优点：
以太网技术的优点：
（1）应用广泛。
（2）成本低廉
（3）通信速率高 （4）软硬件资源丰富 （5）可持续发展，潜力大 （6）易与Internet连接，能实现办公自动化网络与工业控
第六章 工业以太网技术与应用
近几年来，随着互联网技术的普及与推广，以太网得 到了飞速的发展，特别是以太网通信速率的提高、以太网 交换技术的发展，给以太网的非确定性问题的解决带来了 新的契机。
首先，以太网通信速率的一再提高，从10M到100M到 1000M甚至10Gbps，在相同通信量的条件下，通信速率的 提高意味着网络负荷的减轻和碰撞的减少，也就意味着确 定性的提高；
控制与信息协议（CIP）
CIP的主要特点 （1）基于生产者/消费者的网络模型
目前市场上的总线通信模型有较大的区别，根据所基于的模 型不同，可以把工业网络分为两类： 1） 基于源/目的地模型 2） 基于生产者/消费者模型（生产者是发送报文的节 点，而消费者是接受报文的节点。 基于生产者消费者模型的网络除了CIP网络外，还有 基金会现场总线（FF）。而PROFIBUS等是基于源/目的地 模型的。
（1）环境适应性。具体包括机械环境适应性 （如耐振动、耐冲击）、气候环境适应性（工业温 度要求为－40～85℃，并要耐腐蚀、防尘、防水）、 电磁环境适应性或电磁兼容性（EMC应符合 EN50081-2、 EN50082-2 ）。
工业以太网PPT教案学习
作业
1 IP协议能够传输的最大数据包是多少字节， 如果在10M的网络中传输这个包需要多长时 间。
2 如果有16字节的数据，分别采用TCP协议和 UDP协议传输需要多长时间。
3 TCP协议和UDP协议各有什么特点。
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命令使用
GetRequest GetNextRequest SetRequest 都是管理器发出报 文，代理通过GetReponse
作出响应。 丢包的问题由管理器应用程序通过
超时和重试的方式进行处理。 Trap 圈套 陷阱 当代理发送一个第18T页/共R20A页 P给管理器时，
管理器会马上作出响应。当系统
第13页/共20页
用户数据报协议
UDP数据报头：64位
源端口地址 16位
目的地址16 位
0
15 16
31
源地址 目标地址 报文长度 校验和
数据区
数据报长度 16位 校验和16位 第14页/共20页 数据区
顺序编号： 数据在原数据流中的位置 确认编号： 正确接收的顺序号，只有在控制域AC K＝1才 有效。 报头长度: 0－15 最多15×4＝60字节 标志位: 1 URG =1 紧急指针有效 2 ACK＝1 确认编号有效 3 PSH＝1 通知发送者需要更高的速率 4 RST＝1发送混乱，序号复位
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IP地址
A类
0
网络标识 7位
B类
10
网络标识 14位
C类
110
D类
111 0
E类
111 10
网络标识 21位
主机标识 24位 主机数224 主机标识 16位
多点广播地址 28位 网络标识 21位
工业网络技术第9章工业以太网.ppt
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)
电子教案与课件：工业控制网络 5第五章工业以太网及OPC技术
二、工用工业以太网
1. EtherNet/IP
工业以太网协议（EtherNet/IP）名称中的“IP”是工业协议 （Industrial Protocol）的缩写，由ODVA开发并得到罗克韦 尔自动化的强大支持。它是一种应用层使用CIP协议的工业以 太网，CIP已经在ControlNet、DeviceNet中广泛应用。在 EtherNet/IP控制网络中，设备之间在TCP/UDP/IP基础上实 现通信。主要应用在包括机器人、驱动器、变频器在内的工 业自动化领域。
在系统专门指定的维护时间内由地址最低的节点在此时间段内发送时钟同步和一些重要的网络参数以便网络中各节点同步时钟调整与网络运行相关的参数
工业控制网络
第 五 章 工业以太网及OPC技术
第五章 工业以太网及OPC技术
一、工业以太网
1.工业以太网现状及趋势
（1）价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使用， 使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网 卡； （2）技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为 许多人掌握； （3）集成优势：有利于企业网络的信息集成，便于与上层网 络的连接，便于与外界沟通信息；
以太网在工业领域的应用
（1）基于普通以太网技术的嵌入式控制节点
（2）采用全双工分组交换技术（交换式以太网）
2.以太网帧格式
由于不同标准的存在，DIX联盟和IEEE总共提出4种 不同格式的以太网帧，目前都在使用，这4种帧格式 分别是：
➢ Ethernet II（即DIX2.0）：Xerox与DEC、Intel 在1982年制定的以太网帧格式。
➢ COM组件可以以二进制的形式发布给用户。及对象层次模型
4. OPC客户端访问
思考题
工业以太网
7.1 以太网设备实现局域网互联
3、二层交换机VLAN设置 步骤： 采用全反VTP跳线连接交换机和PC机，启动PC机“制造 终端”程序。 进入“SETUP”菜单：输入交换机的名称，IP地址，子网 掩码，网关等参数。 采用VTP跳线将此交换机与调试网络的交换机级联配置 VTP。 ①VTP的参数要与三层交换机一致，工作模式为Client. ②进入交换机的特权模式，采用如书P176的语句设置 VTP各项参数。 ③检查VTP数据库是否更新。 Trunk设置，制定干通端口，封装802 1Q. 将用户介入端口按设计要求配置成VLAN号码。 检测交换机的连通性，用ping命令检测VLAN的网关IP.
7.3 Windows 2000 NAT实现局域网互联
2、操作步骤 从“管理工具”进入“路由和远程访问”，在服 务器上单击右键，选择“配置并启用路由和远程 访问”，单击“下一步”。 选“Internet连接服务器”，让内网主机可以通过 这台服务器访问Internet。 选择“设置有网络地址转换(NAT)路由协议的路 由器”，不要选ICS。 在“路由和远程访问服务器安装向导”中选 “Internet连接”单击“下一步”。 安装向导结束后，单击“完成”。
7.1 以太网设备实现局域网互联
7.1.3 VLAN与第三层交换 1、虚拟局域网（VLAN） 是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软 件构建的可跨越不同网段，不同网络的端到端的 逻辑网络。 大型局域网主干网络，一般采用多层交换和虚拟 网络技术： 多层交换将共享介质改为独占介质。 虚拟网络打破了地理约束组成虚拟子网，提高信 息传输性能，均衡网络数据流量可控制广播风暴， 增加安全性。 需要使用三层交换解决VLAN间的通信问题。
7.2 Windows 2000路由实现局域网互联
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
工业以太网入门教程第1讲』——工业以太网联网设备基本知
CTRLink工业以太网产品家族包括几个系列的产品，分别归类为集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频产品。
现代的工业以太网网络都是以星型方式用双绞线或光纤连接的。
如果网络需要连接两个以上的设备，则需要使用集线器或交换机。
集线器是物理层的设备，提供简单的网络扩展，只要遵循冲突检测和在半双工的共享以太网网络中的增强继承的规则即可。
只要不超过冲突域的距离局限或线缆的局限，我们一次可以使用四个集线器。
集线器在10Mbps速率下工作。
科动有EI系列和EIM 迷你型系列的集线器。
交换机实际被归类为“网桥”，是链路层的产品。
网桥使两个分开的以太网网络连接起来，但却将各自网络的冲突域分隔开来。
使用交换机的好处是扩展的规则非常简单，可以级联，理论上没有数量上的限制。
交换机也可以设置为全双工通讯，排除了半双工共享以太网中所具有的冲突域。
科动的交换机有以下几个系列：EIS 互联型、EISK蝎王型、EIBA BAS 型、EISM 迷你型、EISC 可配置型、EISＸ、EICP 紧固型管理和非管理交换机。
EISB蓝锻精密型也有管理和非管理的分类。
将一个光纤网络连接到双绞线网络可以用集线器或交换机，也可以用接口转换器来连接。
接口转换器是归类于物理层的设备。
科动的接口转换器有：EIMC迷你型接口转换器，宽温型号可选。
通讯协议在ISO公开系统互联参考(OSI)模型里，以太网是定义在物理层和链路层的协议。
在数据链路层上有许多协议，以TCP/IP最为突出，甚至在TCP/IP之上，还有几个专门针对应用层的协议Ethernet/IP，PROFInet，HSE，MODBUS/TCP，iDA，BACnet，以及一些私有的协议。
由于科动的产品是基于以太网的技术，我们的产品和这些协议包括TCP/IP都可以兼容。
我们的CTRLink集线器、交换机或接口转换器在这些协议下都可以正常的工作。
电源从安全和方便的角度考虑，科动的CTRLink产品可以在低压直流或交流的电源下工作。
第06章工业以太网(3)
3. EtherNet/IP的报文种类
I/O数据报：是指实时性要求较高的小数据包测量 控制数据，采用UDP/IP传输。此报文没有协议信 息，数据接收者知道数据的含义，因此又称为隐 性报文。 信息报文：是指实时性要求较低的大数据包组态、 诊断、趋势等数据，采用TCP/IP传输。此报文需 要根据协议信息来理解数据报文的含义，因此又 称为显性报文。 网络维护报文：在系统专门指定的时间内发送时 钟同步及调整一些与网络运行参数，以使网络系 统正常运行。网络维护报文一般采用广播方式发 送。
4. 网络供电
5. 本质安全
7.6.3 以太网的通信帧结构与 工业数据封装
7.6.3 以太网的通信帧结构与 工业数据封装
对于组态和诊断等非实时性数据一般利 用TCP/IP协议发送。 对于I/O等实时性数据一般采用UDP/IP协 议发送。
7.6.4 实时以太网
1.实时以太网简介
实时以太网是工业以太网针对通信实时性、确定性 问题提出的解决方案，属于工业以太网的特色与核 心技术。 目前，实时以太网还处于技术开发阶段，种类繁多， 实时机制、性能、通信一致性存在较大差异。 目 前 ， 实 时 以 太 网 技 术 有 ： EtherNet/IP ， PROFINET ， P-NET ， INTERBUS ， VNET/IP ， TCENT，ETHERCAT，ETHERNET，POWERLINK， EPA，MODUBUS-RTPS，SERCOS-III 11个技术标 准。
4. EtherNet/IP的特点
继承TCP/IP协议的优点，具有高速传输大量 数据的能力。 支持主机、PLC、机器人、HMI等典型设备。 多组设备连接到交换机实现点对点10Mb/s或 100Mb/s的自适应通信。 星型拓扑易于连线、检错和维护。 内置Web Server功能，现场数据可以通过网 页浏览。
JA_70335《工业以太网与现场总线 》_李正军(教案大纲)吉玲[5页]
![JA_70335《工业以太网与现场总线 》_李正军(教案大纲)吉玲[5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3ee6481f424ccbff121dd36a32d7375a517c64f.png)
XX大学XXXX 学院《工业以太网与现场总线》课程教学大纲编写人：XXX 审定人：XXX编制时间：2022.5.26 审定时间：2022.6.6一、课程基本信息：二、课程描述本课程跨越多个学科方向，包括控制理论和技术、电子技术、计算机网络和计算机技术等，是一门理论基础扎实、知识面广、应用性强、对学生水平要求较高的课程。
现场总线技术在军事、航空航天、工业、农业、社会和经济等领域都有重要应用。
该课程将介绍计现场总线技术中最基本、最重要、最成熟的内容。
通过课程学习，学生将巩固前期所学的基础课程，并能予以深入理解和应用，能开拓视野提升设计和应用现场总线控制系统的能力。
三、课程教学内容及学时分配第1章绪论（2学时）1.1 现场总线概述1.2 工业以太网概述1.3 现场总线简介1.4 工业以太网简介习题第2章CAN FD现场总线（4学时）2.1 CAN的特点2.2 CAN的技术规范2.3 CAN FD通信协议2.4 内嵌CANFD的微控制器LPC546xx2.5 具有集成收发器的CAN FD控制器TCAN4550习题第3章CAN FD应用系统设计（4学时）3.1 CAN FD高速收发器3.2 CAN FD收发器隔离器件3.3 TCAN4550的应用程序设计3.4 USB转CAN FD接口卡习题第4章CC-Link现场总线与开发应用（4学时）4.1 CC-Link现场网络概述4.2 CC-Link/CC-Link/LT通信规范4.3 CC-Link通信协议4.4 CC-Link IE网络4.5 CC-Link产品的开发流程4.6 CC-Link产品的开发方案4.7 CC-Link现场总线的应用习题第5章PROFIBUS-DP现场总线与应用系统设计（4学时）5.1 PROFIBUS概述5.2 PROFIBUS的协议结构5.3 PROFIBUS-DP现场总线系统5.4 PROFIBUS-DP的通信模型5.5 PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信5.6 PROFIBUS通信用ASICs5.7 PROFIBUS-DP从站通信控制器SPC35.8 主站通信控制器ASPC2与网络接口卡5.9 PROFIBUS-DP从站的系统设计习题第6章PROFINET与工业无线以太网（4学时）6.1 PROFINET概述6.2 PROFINET通信基础6.3 PROFNET运行模式6.4 PROFINET端口的MAC地址6.5 PROFINET数据交换6.6 PROFINET诊断6.7 PROFINET IRT通信6.8 PROFINET控制器6.9 PROFINET 设备描述（GSD 文件）与应用行规6.10 PROFINET的系统结构6.11 工业无线以太网6.12 SIEMENS工业无线通信6.13 SCALANCE X工业以太网交换机习题第7章EtherCAT工业以太网（4学时）7.1 EtherCAT通信协议7.2 EtherCAT从站控制器概述7.3 EtherCAT数据链路层7.4 EtherCAT从站控制器的应用层控制7.5 EtherCAT从站控制器的存储同步管理7.6 EtherCAT从站信息接口（SII）7.7 EtherCAT从站控制器LAN9252习题第8章EtherCAT主站与从站应用系统设计（4学时）8.1 EtherCAT主站分类8.2 TwinCAT3 EtherCAT主站8.3 基于LAN9252的EtherCAT从站硬件电路系统设计8.4 基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序代码包架构8.5 基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序的设计实例8.6 EtherCAT通信中的数据传输过程8.7 EtherCAT主站软件的安装与从站的开发调试习题第9章工业互联网技术（2学时）9.1 工业互联网概述9.2 工业互联网的内涵与特征9.3 工业互联网发展现状9.4 工业互联网技术体系9.5 工业互联网体系架构9.6 工业互联网标准体系9.7 无源光纤网络技术（PON）与工业PON技术9.8 工业互联网与CPS的关系9.9 国内外主流工业互联网平台习题四、教学方法在教学方式上，以目前的授课资源为基础，不断丰富教学内容，积极采用启发和研讨式教学方法，促进课堂的生动性，提高学生的学习的主动性和应用的积极性，从而提高教学的质量。
工业以太网介绍教学教案
• 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
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。
Ethernet应用于工业现场尚需解决的主要问题
• 网络安全性 将工业现场控制设备通过以太网联接起来时，由于使用了TCP／IP协议，因此可能会 受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁，并因此成为众人关心的 另一个重要问题。对此，一般可采用网络隔离(如网关、服务器等隔离)的办法，将控制 区域内部控制网络与外部信息网络系统分开。此外，还可以通过用户密码、数据加密、 防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理。
Ethernet/IP简单介绍
• 基于Ethernet TCP或UCP-IP的Ethernet／IP是工业自动通讯的一个扩展，这 里的IP表示为Industrial-Protocal。在2000年底ODVA组织首先提出Ethernet ／IP的概念，以后SIG (Special Interest Groups)进行了规范工作。ODVA组 织目前有300多个成员，并有自己的测试中心。
工业以太网讲义
CSMA/CD
Exponential Back-off Algorithm – “二进制指数 回避算法，BEB”
每次检测到冲突，CSMA/CD采用BEB算法随机地计 算出下一次重传需要等待的时间，即帧重传时延。帧 重传时延的大小为时隙时间(slot Time,512bit的传输 时间)的整数倍r。 r为随机整数，其取值为:0<r<2r，k=min(n,10), 其中，n为重传次数，最大值为16.对于 10M bit/s网 络，一个时隙时间为51.2us。因此冲突所导致的等待 时间最长可以达到51ms。 重传时延的不确定性，不能满足工业系统的实时性
原因三：工业以太网的技术优势 (1) 解决协议的开放性和兼容性问题。 解决协议的开放性和兼容性问题。 工业以太网因为采用由IEEE802.3所定义的数据传输协议，它是 一个开放的标准，从而为PLC厂家和DCS厂家广泛接受。与现场总线 相比，以太网还具有向下兼容性。快速以太网是在双绞线连接 (10BaseT)的传统以太网标准的基础上发展起来的，但它的传输速度 从10Mbps提升到了100Mbps。在大多数场合，它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，可以一步步将整个网络升级。 (2) 解决带宽需求问题。 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。
802.3 Header and Data Packet
[电子教案]现场总线与工业以太网技术 (5)
![[电子教案]现场总线与工业以太网技术 (5)](https://img.taocdn.com/s3/m/f1dd66045fbfc77da269b1f2.png)
图3-4 PROFIBUS-DP的“Network Settings”的参数设置
图3-5加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示意 定义ET200M接口模块IMl53-2的PROFIBUS站地址，组态的 站地址必须与IMl53-2上拨码开关设定的站地址相同，本 例中站地址为4。
然后组态ET200M上I／O模块，设定I/O点的地址， ET200M的I／O地址区与中央扩展的I／O地址区一致，不能 冲突，本例中ET200M上组态了16点输入和16点输出，开始 地址为1，访问这些点时用I区和Q区，例如输入点为I1.0， 第一个输出点为Q1.0，实际使用时ET200M所带的I/O模块就 好象是集成在CPU 315-2DP上的一样，编程非常简单。硬件 组态结果见图3-7。
ProfiBus主要有三部分组成，包括： 1．由现场总线报文——ProfiBus-FMS 2．分布式外围设备——ProfiBus-DP 3．和过程控制自动化——ProfiBus-PA
其它技术特点： 1．信号线可用设备电源线。 2．每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 3．传输速率可在9.6kB/S～12MB/S间选择。 4．传输介质可以用金属双绞线或光纤。 5．提供通用的功能模块管理规范。 6．在一定范围内可实现相互操作。 7．提供系统通信管理软件(包括波形识别、速率识别和协议 识别等功能)。 8．提供244字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式(当 IO故障时输出全为零)。
第3章 ProfiBus通讯技术
3.1 ProfiBus通讯简介 3.2 掌握S7-300PLC的ProfiBus通讯方法 3.3 多个S7-300之间的ProfiBUS通信实现
第3章 ProfiBus通讯技术
3．1 ProfiBus通讯简介
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• 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
Ethernet应用于工业现场尚需解决的主要问题
• Ethernet实时通信服务质量(Quality of Service，QoS)支持策略 所谓实时通信服务质量，是指以太网应用于工业控制现场时，为满足工业自动化实时 控制要求，而提出的一系列通信特征需求，这些特征包括响应延迟、传输延迟、吞吐 量、可靠性、传输失败率、优先级
• 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
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
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
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益激烈的竞 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
• 满足通信一致性和互可操作性的应用层、用户层协议规范 从ISO／OSI的七层通信参考模型来看，以太网技术规范只映射为其中的物理层和数据 链路层；而在其之上的网络层和传输层协议，目前以TCP／IP协议为主，表示层、应 用层等没有作技术规定，应用较多的是FTP,SMTP ,HTTP,Telnet,SNMP。这些协议都 是非实时性的，因此这些协议所定义的数据结构等特性不适合应用于工业过程控制领 域现场设备之间的实时通信 为此，为满足工业现场控制系统的应用要求，必须在Ethemet+TCP／IP协议之上，建 立完整的、有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协调好工业现场控 制系统中实时和非实时信息的传输服务，形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应 用层、用户层协议，进而形成开放的标准
工业以太网介绍
---OMRO：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。
为什么以前不用Ethernet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。 -----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