1-工业以太网协议--概要设计word资料13页
《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。
工业以太网的常见协议
工业以太网的常见协议摘要: 1 Modbus TCP/IP 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Modbus TCP/IP。
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...1 Modbus TCP/IP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Modbus TCP/IP。
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/从机制一致，但通过工业以太网交换技术大大提高了确定性，改善了一主多从轮询机制上的制约。
2 ProfinetProfinet 由Siemens 开发并由Profibus International 支持，目前它有3 个版本，第一个版本定义了基于TCP/UDP/IP 的自动化组件。
采用标准TCP/IP+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 来完成节点之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。
现有的Profibus 网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到Profinet 网络当中，使整套Profibus 设备和协议能够原封不动地在Profinet 中使用。
传统的Profibus 设备可通过代理与Profinet 上面的COM 对象进行通信，并通过OLE 自动化接口实现COM 对象之间的调用。
它将以太网应用于非时间关键的通信，用于高层设备和Profibus-DP 现场设备技术之间，以便将实时控制域通过代理集成到一个高层的水平上。
第二个版本中，Profinet 在以太网上开辟了两个通道：标准的使用TCP/IP协议的非实时通信通道，另一个是实时通道，旁路第三层和第四层，提供精确通信能力。
(完整版)工业以太网概述
工业以太网概述现场总线对于面向设备的自动化工业系统起到了极大的促进作用，但是由于现场总线工业网络存在一定的缺陷，导致其的发展受到极大的限制。
其缺陷包括有通信速率低，成本高，支持应用低，又由于现场总线通信协议多种多样，使得不同总线之间的互联互通比较繁琐，必须要通过一些通信协议转换器进行协议的转换，特别是有多个现场总线协议共存于一个系统中时，相互之间的协议转换更加繁琐。
以太网自从发明出来之后，由于以太网具有极强的兼容性、可扩展性、开放性，得到了飞速的发展，深入到了社会生活的各个层面，同样，以太网也进入了工业应用领域。
但是普通的以太网存在极大的缺陷导致其不能应用于工业领域：1.工业控制领域对于数据的实时性要求非常高，对于数据的延时一般都是必须要控制在几十个ms之内。
由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），当以太网上发生冲突的时候，就会重发数据，很明显，一旦冲突发生，就必须牺牲时间为代价来解决冲突的问题，实时性就不能得到保证。
但是在工业领域，实时性不能得到保证的话，就有可能导致设备的停止运作，甚至造成安全事故。
2.由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制），使得以太网存在冲突，特别是在以太网网络负荷比较重的情况下，冲突出现的几率更大。
而一旦大量的冲突发生，导致数据不断的重发，使得工业网络之间的通信的不确定性大大增加，从而降低了系统控制性能。
3.以太网在最初设计时，没有考虑到工业现场的复杂电磁环境，在恶劣的外部环境中，必然导致以太网的可靠性的降低。
但是在生产环境中，工业网络必须有良好的可靠性，可维护性及可恢复性。
针对以太网存在的以上缺陷，采用了多种解决机制改善以太网的性能以使的其可以适用于工业网络，以形成工业以太网。
1.工业以太网交换技术。
为改善以太网在网络负荷较重的时候出现的拥塞问题，采用工业以太网交换机减少由于载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制）而产生的冲突问题和错误传输，从而提高系统的稳定性。
工业以太网简介
，其中 为整
以太网
离散的控制器
图 2.2 延时合并的网络控制系统结构
2.3.2 节点的驱动方式的选择 网络控制系统有一个很重要的概念：节点的驱动方式，其他控制系统中不 存在这个概念。一般节点的驱动方式分为两种：事件驱动和时间驱动。时间驱
动就是系统节点按照事先规定的时间间隔处理相应的任务，例如定时采样。而 事件驱动是指当系统节点收到数据时，开始处理相应的任务。不同的驱动方 式，系统的数学模型也不一致，即使采用相同的控制算法，控制效果也不同。 传感器一般都采用时间驱动方式 ，执行器和控制器的驱动方式有待讨 论。 当控制器和执行器有一个为时间驱动时，便存在与传感器时间同步的问 题。网络控制系统的节点有可能分布在一个较大的物理空间，各个节点很难保 持精确的时间同步。系统应当尽可能避免使用时间同步。 1、执行器采用时间驱动方式 传统的离散控制算法，都是基于 Z 变换的，也就是等周期控制，执行器节 点采用时间驱动，每个控制量的执行时间为定值（采样周期） ，与算法设计的一 致。当延时小于一个采样周期时，系统总的延时为常数，有利于控制算法的设 计与分析。但执行器节点采用时间驱动会增大反馈通道的时延，当前控制量无 法及时作用到被控对象，不可避免的降低闭环系统的性能。 2、执行器采用事件驱动方式 执行器节点采用事件驱动，可以减小反馈通道的时延，使得控制量能够尽 快的作用于被控对象，有利于改善系统的性能。在一个周期内执行器可能会收 到多个控制信号，或者几个周期内执行器才收到一个控制信号，每个控制量的 执行时间不是定值（采样周期） ，与算法设计不一致，可能使控制效果变差，同 时使得系统的数学模型相对要复杂一些，系统的分析也更加困难。 当网络总延时小于一个采样周期时，执行器一般都采用事件驱动方式。 3、控制器采用时间驱动方式 控制器采用时间驱动，就要考虑时间同步问题。 若控制器与传感器的时间同步，当传感器数据传输时延为 Tsc ，则传感器到 控制器的延时为 sc (int(Tsc T ) 1) T ， int() 是向零方向取整函数， T 为采样周 期。 若控制器与传感器的时间不同步，设控制器的时间比传感器的时间落后
工业以太网平台设计1
1工业以太网平台技术说明1.1概述通过矿井工业以太环网的建设，将矿井各环节系统（采掘、供电、运输、通风、排水等）的设备工作状态信息、生产信息、安全信息实时传递到矿井生产安全调度指挥中心，为矿井的综合自动化系统提供一个高速、安全、可靠的信息传输平台，为矿领导的指挥和管理提供充分的、实时的信息依据，为矿井建设综合自动化平台提供基础平台。
矿井综合自动化系统信息平台其主要任务之一是建立高速的工业以太环网络，解决所有子系统传输物理通道。
综合自动化网络平台的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化，安全可靠、易扩充升级的原则进行设计。
根据煤矿行业的特点决定整个系统必须具有很高的可靠性和可用性，以此保障生产活动的正常进行和井下工作人员的生命安全。
因此在网络设备选型时必须考虑所选设备技术的在冗余性以及所组网络的稳定性，出错处理和容错方面的能力，所选的产品能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。
1.2工业以太网选型现在的大型生产监控管理系统中往往使用到多厂家提供的多种不同类型的设备和子系统，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，将各种设备和子系统的通信统一到标准的通信平台上。
为保证良好的兼容性和可扩展性，本次方案中使用工业以太环网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。
其他的总线结构方式如RS485、CAN、RS232等均通过总线端口转换为工业以太环网信息包，在IP网络上进行传输。
采用工业以太环网技术的优点：整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；能在同一平台上运行不同的传输协议，从而建立企业的公共网络平台或者基础构架；随着煤矿企业的发展，工业以太环网及信息集成越来越重视，各种新技术的应用，可以预见对网络带宽要求越来越高，因此工业以太环网技术具有相当高的数据传输速率和带宽；支持先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强；同时支持交互式和开放的数据存储技术；总之，采用工业以太环网作为交换传输和接入平台的优势十分明显。
工业以太网协议
工业以太网协议工业以太网协议（Industrial Ethernet Protocol）是一种用于工业领域的以太网通信协议，它结合了以太网的高带宽和工业自动化的可靠性和实时性需求。
工业以太网协议被广泛应用于工业控制系统、工厂自动化和机器人控制等领域。
工业以太网协议与传统的以太网相比有以下几点特点：1. 实时性：工业控制系统需要实时传输和处理数据，工业以太网协议提供了实时性能，可以满足实时控制和监控的需求。
2. 可靠性：工业环境中存在较多的电磁干扰、温度变化和振动等因素，工业以太网协议采取了诸如冗余通信、自适应传输速率和纠错机制等措施，提高了通信的可靠性。
3. 安全性：工业网络需要防止数据泄露、篡改和非法访问等安全威胁，工业以太网协议支持数据加密和认证机制，提供了较高的安全性保障。
4. 扩展性：工业以太网协议支持灵活的网络拓扑结构和设备连接方式，可以方便地扩展和更改网络规模和拓扑。
5. 互联性：工业以太网协议与传统的以太网兼容性强，可以与现有的以太网设备和技术无缝集成，提高了工业网络的互联性。
工业以太网协议包括多种不同的通信协议和协议簇，如乙太网/IP（Ethernet/IP）、PROFINET、Modbus TCP等。
每种协议都有各自的特点和适用场景。
以乙太网/IP为例，它采用了以太网和TCP/IP协议作为基础，并加入了针对工业控制的特殊功能和协议。
它支持实时控制、实时数据传输和设备管理等功能，并提供了与其他协议的互操作性。
在工业以太网协议中，数据传输一般采用分组交换方式，数据分组按照优先级和实时性要求进行排序和传输，确保控制数据能够及时到达目标设备。
同时，工业以太网协议还支持多路径冗余传输、广播和组播等特性，提高了网络的可靠性和效率。
总之，工业以太网协议是一种专门为工业环境设计的通信协议，它融合了以太网和工业自动化的需求，具有实时性、可靠性、安全性、扩展性和互联性等特点。
随着工业自动化和数字化的发展，工业以太网协议将在工业控制系统和工厂自动化中扮演越来越重要的角色。
工业以太网协议
工业以太网协议简介工业以太网协议是一种用于工业自动化领域的网络协议，它基于以太网技术，并进行了针对工业环境的优化。
相比于传统的以太网协议，工业以太网协议具有更高的稳定性、可靠性和实时性，能够满足工业自动化系统对数据传输的要求。
适用范围工业以太网协议广泛应用于工业自动化领域，包括制造业、能源领域、交通运输等。
它适用于各种工业设备之间的通信，包括传感器、执行器、控制器等。
协议架构工业以太网协议采用分层的架构，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
物理层物理层负责定义电气和机械特性，包括传输介质、接口和连接器等。
常用的传输介质包括双绞线、光纤和无线电波。
数据链路层数据链路层负责将数据分割为帧，并进行差错校验和流量控制等功能。
它定义了数据帧的格式和传输方式，确保数据的可靠传输。
网络层网络层负责数据的路由和转发，保证数据能够准确地传送到目标设备。
它使用IP地址和子网掩码进行设备的寻址和标识。
应用层应用层是工业以太网协议的最上层，负责定义应用数据的格式和交互方式。
常见的应用层协议包括MODBUS、Profibus和EtherNet/IP等。
工业以太网协议的特点相比于传统的以太网协议，工业以太网协议具有以下特点：实时性工业自动化系统对数据传输的实时性要求较高，工业以太网协议通过优化协议栈和网络设备，提供了较低的延迟和较高的带宽，满足了实时性的需求。
可靠性工业环境中存在噪声、干扰和抖动等因素，工业以太网协议通过采用冗余机制和差错校验等技术，提高了数据传输的可靠性。
网络管理工业以太网协议支持网络管理功能，包括设备的配置、监控和故障诊断等。
管理员可以通过网络管理系统对工业以太网进行集中管理和控制。
扩展性工业以太网协议支持灵活的拓扑结构，可以适应不同规模和复杂度的工业自动化系统。
它可以通过增加网络设备和调整网络配置来满足系统的扩展需求。
应用案例工业以太网协议在实际应用中具有广泛的应用，下面以一个典型的应用案例进行介绍。
(整理)1-工业以太网协议--概要设计.
文件修订页目录1文档介绍............................................................................................................................... 1-3 1.1 文档目的......................................................................................................................... 1-3 1.2 文档范围......................................................................................................................... 1-3 1.3 读者对象......................................................................................................................... 1-3 1.4 参考文档......................................................................................................................... 1-3 1.5 术语与缩写解释............................................................................................................. 1-3 2背景：................................................................................................................................... 2-4 3需求....................................................................................................................................... 3-4 4与应用层的接口................................................................................................................... 4-5 5系统的体系结构................................................................................................................... 5-6 6工业以太网协议................................................................................................................... 6-7 6.1 选主：............................................................................................................................. 6-8 6.2 令牌结构......................................................................................................................... 6-9 6.3 令牌环的生成................................................................................................................. 6-96.3.1令牌环传递、产生可以图示如下： ...................................................................... 6-96.3.2从节点在线注册： .................................................................................................. 6-96.3.3从节点离线处理： .................................................................................................6-106.3.4令牌丢失的处理： .................................................................................................6-106.3.5单点故障扩散的规避： .........................................................................................6-10 6.4 令牌传递策略................................................................................................................ 6-116.4.1令牌传递顺序： ..................................................................................................... 6-116.4.2多个令牌同时传递： ............................................................................................. 6-11 6.5 双网切换策略................................................................................................................ 6-11 6.6 算法各项指标估算........................................................................................................6-131文档介绍1.1 文档目的本文主要根据《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求，以及前期的技术预研，给出了实现“工业以太网协议”的具体思路，作为后续具体开发工业以太网协议的依据，同时也希望同级评审中能及时发现设计中的不妥之处。
工业以太网
9.4.3 工业以太网1．工业以太网的基本概念以太网是指遵循IEEE 802.3标准，是可以在光缆和双绞线上传输的网络。
它最早出现在1972年，由XeroxPARC所创建。
在办公和商业领域，以太网是当今最流行、应用最广泛的通信技术，具有价格低、通信速率和带宽高、兼容性好、软硬件资源丰富、广泛的技术支持基础和强大的持续发展潜力等诸多优点，如今已成为世界上广泛采用的网络技术，并以迅猛的速度向各个领域扩展。
由于以太网是以办公自动化为目标设计的，并不完全符合工业环境和标准的要求，因此以太网要进入工业控制领域还需解决一些问题。
以太网采用的载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求；此外，现有的高层协议也无法满足工业控制的要求。
工业以太网是应用于工业控制领域的以太网，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。
这主要表现为普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、安全性等方面不能满足工业现场的需要。
故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。
将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和国际互联网（Internet）提供的技术和广泛应用已经进入生产和过程自动化。
这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。
2．工业以太网的优势（1）应用广泛以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如Visual C＋＋、Java、Visual Basic等都支持以太网的应用开发。
这些编程语言由于广泛使用，并受到软件开发商的高度重视，具有很好的发展前景。
（2）通信速率高目前通信速率为10、100Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。
（完整word）Ethernet／IP协议简介
（完整word）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。
(整理)1-工业以太网协议--概要设计.
文件修订页目录1文档介绍............................................................................................................................... 1-3 1.1 文档目的......................................................................................................................... 1-3 1.2 文档范围......................................................................................................................... 1-3 1.3 读者对象......................................................................................................................... 1-3 1.4 参考文档......................................................................................................................... 1-3 1.5 术语与缩写解释............................................................................................................. 1-3 2背景：................................................................................................................................... 2-4 3需求....................................................................................................................................... 3-4 4与应用层的接口................................................................................................................... 4-5 5系统的体系结构................................................................................................................... 5-6 6工业以太网协议................................................................................................................... 6-7 6.1 选主：............................................................................................................................. 6-8 6.2 令牌结构......................................................................................................................... 6-9 6.3 令牌环的生成................................................................................................................. 6-96.3.1令牌环传递、产生可以图示如下： ...................................................................... 6-96.3.2从节点在线注册： .................................................................................................. 6-96.3.3从节点离线处理： .................................................................................................6-106.3.4令牌丢失的处理： .................................................................................................6-106.3.5单点故障扩散的规避： .........................................................................................6-10 6.4 令牌传递策略................................................................................................................ 6-116.4.1令牌传递顺序： ..................................................................................................... 6-116.4.2多个令牌同时传递： ............................................................................................. 6-11 6.5 双网切换策略................................................................................................................ 6-11 6.6 算法各项指标估算........................................................................................................6-131文档介绍1.1 文档目的本文主要根据《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求，以及前期的技术预研，给出了实现“工业以太网协议”的具体思路，作为后续具体开发工业以太网协议的依据，同时也希望同级评审中能及时发现设计中的不妥之处。
工业以太网协议
工业以太网协议.
当工业以太网用于信息技术时，应用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协议，但当它用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议，目前还没有统一的应用层协议，但受到广泛支持并已经开发出相应产品的有以下凡种主要协议。
(一)HSE
基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范，称HSE(High Speed Ethernet)。
HSE是以太网协议IEEE802.3，TCP/IP协议族与FFIll的结合体。
FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网络与Internet的集成。
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。
网桥功能能够用于连接多个H1总线网段，使同H1网段上的H1设备之间能够进行对等通信而无需主机系统的干涉;
网关功能允许将HSE网络连接到其他的工厂控制网络和信息网络，HSE链接设备不需要为H1子系统作报文解释，而是将来自H1总线网段的报文数据集合起来并且将Hl地址转化为IP地址。
工业以太环网设计方案
工业以太环网设计方案1.1 概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。
各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。
1.1.1 设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。
对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。
在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。
各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。
实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。
控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。
设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。
1.2 控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。
1.2.1 技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。
《工业互联网安全仿真技术》课件—— 32-工业以太网协议
01 工业以太网协议
（2）Modbus的定义
Modbus网络是一个工业通信系 统，由带智能终端的可编程序控制器和计 算机通过公用线路或局部专用线路连接而 成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。 通过此协议，控制器相互之间、控制器经 由网络（例如以太网）和其它设备之间可 以通信。此协议定义了一个控制器能认识 使用的消息结构,而不管它们是经过何种网 络进行通信的。
01 工业以太网协议
(1)Ethernet/IP的硬件交互
Ethernet/IP通过以太网 控制器以及相应的接口与硬 件进行交互控制，逻辑图右 边所示
01 工业以太网协议
(1)Ethernet/IP的网络模型
Ethernet/IP的网络模型 如图所示，报文可由TCP或 者UDP两种传输协议传输， 经过网络层的转发后与数据 链路层交互
的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段 包括了从设备收集的数据：象寄存器值或状态。如果有 错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错 误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误 检测域允许主设备确认消息内容是否可用。
01 工业以太网协议
（3）DNP3协议的定义
DNP(Distributed Network Protocol，分布式网络规约)是一种应用于自动化组件之间 的通讯协议，协议标准由IEEE提出，参考了IEC 870-5、以及其他一些IEC协议。
01 工业以太网协议
（3）DNP3协议的协议格式——应用层规约
应用报文格式
01 工业以太网协议
（4）三种协议的应用场景
EtherNet/IP协议 Modbus协议 DNP3协议
应用场景 适配性高，通用的工业控制协议 能源管理系统，制造执行系统 电力，水处理等实时流量监控
工业以太网
工业以太网基于光纤工纤以太的煤纤纤合自纤化建纤模式及纤纤技纤网1.光纤工纤以太在工纤纤合自纤化系纤中纤用及前景网1.1.光纤工纤以太技纤纤展纤网状光纤工纤以太是纤用于工纤控制纤域的以太技纤～在技纤上商用以太;网网与网即IEEE 802.3纤准,兼容。
纤品纤纤纤～在材纤的纤用、纤品的强度、适用性以及纤纤性、可互操作性、可性、抗干纤性靠、本纤安全性等方面能纤足工纤纤纤的需要。
EtherNet纤去被纤纤是一纤“非定性”的纤～作纤信息技纤的基纤～是纤确网IT纤域纤用而纤纤的～在工纤控制纤域只能得到有限纤用～纤是由于, ;1,EtherNet的介纤纤纤控制;MAC,纤纤纤采用纤撞纤纤的纤波纤多址纤纤;碰听CSMA/CD,方式～纤纤荷纤重纤～纤的定性不能纤足工纤控制的纤纤性要求～当网网确;2,EtherNet所用的接件、集纤器、交纤机和纤纤等是纤纤公室纤用而纤纤的～不符合工纤纤纤纤插劣纤境要求～;3,在工纤境中～厂EtherNet抗干纤;EMI,性能纤差～若用于危纤纤合～以太不具纤本纤网安全性能～;4,EtherNet不能通纤信纤向纤纤纤纤供纤纤纤。
号随网与广着互纤技纤的纤展普及推～EtherNet纤纤速率的提高和EtherNet交纤技纤的纤展～上述纤纤在光纤工纤以太中正在迅速得到解～使网决并EtherNet 全面纤用于工纤控制纤域成纤可能。
目前光纤工纤以太技纤的纤展纤在以下方面,网体几个1.1.1.通信定性纤纤性确与工纤控制纤不同于普通据纤的最大特点在于必纤纤足控制作用纤纤纤性的要求～信网数网它即号号确数确纤纤要足纤快和纤足信的定性。
纤纤控制往往要求纤某些纤量的据准定纤刷新。
由于EtherNet采用CSMA/CD方式～纤纤荷纤大纤～纤纤纤的不定性不能纤足工纤控制的纤纤要求～网网确故纤纤以太技纤纤以纤足控制系纤要求准定纤通信的纤纤性要求～一直被纤纤“非定性”的纤。
网确确网然而～快速以太交纤式以太技纤的纤展～纤解以太的非定性纤纤纤了新的契机网与网决网确来～使纤一纤用成纤可能。
11 工业以太网
4.提供适应工业环境的元件 现已开发出一系列密封性好、坚固、抗震 动的以太网设备与连接件，例如导轨式收 发器、集线器、交换机、带锁紧机构的接 插件等。它们适合在工业环境中使用，为 以太网进入工业控制环境创造了条件。 采取上述措施可以使以太网的非确定性问 题得到相当程度的缓解，但还不能说从根 本上得到了解决。
IP技术 3. IP技术 IP 技 术 是 Internet 的 基 础 ： IEEE1394， ATM(asynchronous transfer mode)， TCP,UDP(user datagram protocol)等等， 它还可以适用于其它的通信标准，如 FTP(file transfer protocol) 和 SMTP(Simple mail transfer protocol)等。 以太网已成为事实上的工业标准：
11.3 工业以太网互连模型
物理层与数据链路层采用IEEE802.3 规范 网络层与传输层采用TCP/IP协议组 应用层的一部分可以沿用上面提到 的那些互联网应用协议。
11.4 工业以太网技术应解决的 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。 以太网一直被认为不适合在底层工业网 络中使用。需要有针对这一间题的切实 可行的解决方案。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
从信息集成的观点来看，现场总线的 底层信息必然要和上层的通用局域网 连接，将底层信息集成到车间、公司 级的数据库中，甚至通过WEB方式测 览和交互控制。 因此，有专家预言，现场总线技术与 以太网技术相结合将是未来发展的方 向。
第二部分 第11章 复习题 章
1.什么是工业以太网？ 2.工业以太网的协议结构包含哪几 层？分别说明各自的作用？ 3.为什么过去以太网在工业自动化 领域应用比较有限？
6第六章EPA工业以太网协议
EPA工业以太网协议
现场总线
6.1 EPA概述
工程师 站 EPA监控 级网络 EPA网桥 EPA现场 设备级网络
EPA多路模拟 信号输入输出 设备
EPA的系统结构
操作站 EPA代理
Internet
EPA远程 工作站
工业以太网
EPA网桥
EPA微网段1
EPA实时以太网
EPA微网段N
EPA实时以太网
EPA现场设备
Hale Waihona Puke EPA现场设备模拟信号
EPA 安全 EPA网关 栅 接入卡 EPA本安仪表
EPA无线 接入设备 EPA现场设备
其他现场总线
危险区域
传统模拟仪表 其他现场总线设备
EPA无线 现场设备
EPA工业以太网协议
现场总线
6.2 EPA系统特征
EPA现场设备支持的拓扑结构
星型网络
总线型
混合型网络
环型网络
EPA工业以太网协议
模拟信号
EPA 安全 EPA网关 栅 接入卡 EPA本安仪表
EPA无线 接入设备 EPA现场设备
其他现场总线
危险区域
传统模拟仪表 其他现场总线设备
EPA无线 现场设备
EPA工业以太网协议
现场总线
6.1 EPA概述
EPA的系统架构
EPA工业以太网协议
现场总线
6.1 EPA概述 EPA的发展历程
工业以太网研究 （1996-1999） 研究工业以太网 ，将以太网成功 应用于集散控制 系统DCS； EPA核心技术研究 标准制定 （2000-2005） 研究EPA工业实时 以太网，制定EPA 国家标准、国际标准； EPA国际标准发布 产业化推进 （2006-） 开发基于EPA的核心应用 技术，制定基于EPA的系 列国家标准、国际标准； 在此基础上，开发基于EPA 的系列产品，并在实际生 产装置上进行工程应用。
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文件修订页目录1 文档介绍............................................................................................................................... 1-3 1.1 文档目的......................................................................................................................... 1-3 1.2 文档范围......................................................................................................................... 1-3 1.3 读者对象......................................................................................................................... 1-3 1.4 参考文档......................................................................................................................... 1-31.5 术语与缩写解释............................................................................................................. 1-32 背景：................................................................................................................................... 2-43 需求....................................................................................................................................... 3-44 与应用层的接口................................................................................................................... 4-45 系统的体系结构................................................................................................................... 5-56 工业以太网协议................................................................................................................... 6-6 6.1 选主：............................................................................................................................. 6-7 6.2 令牌结构......................................................................................................................... 6-7 6.3 令牌环的生成................................................................................................................. 6-86.3.1令牌环传递、产生可以图示如下： ...................................................................... 6-86.3.2从节点在线注册： .................................................................................................. 6-86.3.3从节点离线处理： .................................................................................................. 6-86.3.4令牌丢失的处理： .................................................................................................. 6-96.3.5单点故障扩散的规避： .......................................................................................... 6-9 6.4 令牌传递策略................................................................................................................. 6-96.4.1令牌传递顺序： ...................................................................................................... 6-96.4.2多个令牌同时传递： .............................................................................................. 6-9 6.5 双网切换策略................................................................................................................6-10 6.6 算法各项指标估算........................................................................................................ 6-111文档介绍1.1 文档目的本文主要根据《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求，以及前期的技术预研，给出了实现“工业以太网协议”的具体思路，作为后续具体开发工业以太网协议的依据，同时也希望同级评审中能及时发现设计中的不妥之处。
1.2 文档范围主要涉及实现工业以太网的：与应用层的接口、令牌环式主从协议的详细设计思路、调度算法的各项指标的估算。
1.3 读者对象MACSV网络应用开发人员以及工业以太网开发人员：1.4 参考文档[SPP-PROC-PP] SEPG，需求开发规范，机构名称，日期[EPSG-WP]作者，《POWERLINK Data Transport Services White-Paper Version: 0005》，ETHERNET Powerlink Standardization Group，2019.9.27[IOS]作者，《Cisco IOS Release 12_0》，Cisco Systems Inc.，20191.5 术语与缩写解释2背景：工业以太网工作启动后，经过前几次讨论，初步确定了“工业以太网的用户需求”，为了满足《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求。
通过对业界流行的几种工业以太网协议的比较，结合公司主流应用环境的特点，确定以POWERLINK协议为原形，参考802.4令牌总线、802.5令牌环两种协议，给出工业以太网协议的概要设计。
POWERLINK的成功证明工业以太网完全可以不改硬件，只对以太网软件改动就可以满足确定性实时的需求，令牌调度算法比POWERLINK简单的主从调度更适合我们公司非实时操作系统Windows与实时操作系统QNX混合的应用环境，前一段时间的一些试验数据验证了这一点。
3需求详见《工业以太网协议--用户需求.doc》以及《工业以太网协议--软件需求.doc》。
归纳起来，工业以太网需求主要包括以下几点：在公司各产品的实时通讯环节替代现在使用的TCP/IP协议栈，达到确定性实时通讯目的。
◆确定性：应该采用周期性轮询策略而不是随机抢占；◆实时性：能在一个采样周期内将发送缓冲的采集数据及时传递给目的节点。
◆安全性：避免网络风暴的产生和对系统的冲击。
一期开发工作要求：在MACSV中使用工业以太网实现数据的采集。
满足两层网络结构的应用环境，即非实时的数据通过TCP/IP走管理网，而实时数据通过工业以太网协议走系统网，两层网络隔离，互不干扰。
二期开发工作要求：满足一层网络结构的应用环境，即非实时的数据走TCP/IP协议，实时数据走工业以太网协议，但两种协议跑在同一层网络上。
4与应用层的接口详见《工业以太网协议--接口定义.docc》。
与应用层的接口采用基于节点号＋端口的报文收发方式（类似UDP协议）。
图示如下，其中系统网与备份网各有一个独立的发送缓冲区，这样大量的双机备份包不会影响系统网的数据采集包。
应用层发送数据预先放在发送缓冲区，本节点被调度时由工业以太网协议一次性发送出去。
工业以太网接收到的数据按端口依次放到独立的接收缓冲区，各个应用程序分别接收自己端口的缓冲区数据，不会互相干扰。
5系统的体系结构下图是整个软件体系结构图，它表示了挂接在以太网上的其中一个节点的软件分层组织情况。
图中可以看出：工业以太网协议运行在windows2000，QNX425平台上，它采用分层模块化设计，应用层软件与工业以太网之间是通过共享缓冲区来进行数据交换的，令牌调度协议的实现与网络接口分开，这提高工业以太网协议的可移植性，当移植到linux等其他操作系统时，不必修改工业以太网协议核心模块，即是软MAC协议模块，而只消需根据目标平台修改网卡驱动接口模块。