(整理)1-工业以太网协议--概要设计.
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。
基于几种工业以太网通讯协议的应用及分析
基于几种工业以太网通讯协议的应用及分析作者：王旸来源：《中国新技术新产品》2011年第20期摘要：工业以太网相对于以往的自动化技术有很多优势，文章在分析了它的特点优势基础上，结合实际阐述了基于TCP的工业以太网和基于UDP的工业以太网通讯协议的区别应用，最后概述了其发展前景。
关键词：工业以太网；通讯协议；应用分析中图分类号:TP27 文献标识码:B1. 工业以太网概述工业以太网它是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大区域和单元网络。
利用工业以太网，SIMATIC NET 提供一个无缝集成到新的多媒体途径，它多应用于工业控制领域的以太网技术，重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。
据资料分析，目前工业以太网开始在监控层网络上逐渐占据主流位置，正在向现场设备层网络渗透。
我们可以这样说，工业以太网是当前工业控制领域的一大研究热点。
工业以太网相对于以往的自动化技术有很多优势，具体如下：1.1通信速率很高。
就目前来说，10、100 Mb/s的快速工业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。
显然，工业以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
1.2可持续发展力大。
工业以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，我们的用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。
同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
1.3资源共享能力强。
随着Internet/ Intranet的逐步快速发展，工业以太网已渗透到各个地方，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现"控管一体化"，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。
(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。
工业网络常用协议概要
工业网络归结为三类：RS485网络、HART网络和现场总线网络。
HART网络：HART是由艾默生提出一个过度性总线标准，主要是在4~20毫安电流信号上面叠加数字信号，物理层采用BELL202频移键控技术，以实现部分智能仪表的功能，但此协议不是一个真正意义上开放的标准。
FieldBus现场总线网络：现场总线是当今自动化领域的热点技术之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。
现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。
其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。
现场总线技术成为国际上自动化和仪器仪表发展的热点，它的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步迈进，形成新型的网络通信的全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。
然而，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。
何时统一，遥遥无期。
支持现场总线的仪表种类还比较少，可供选择的余地小，价格又偏高，用量也较小。
RS485网络：RS485/MODBUS是流行的一种布网方式，实施简单方便，支持RS485的仪表很多。
Modbus 协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。
此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485 和以太网设备。
许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus 协议作为他们之间的通讯标准。
Modbus优点（1）公开发表并且无版权要求（2）易于部署和维护（3）对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制。
（4）Modbus 允许多个(大约240 个) 设备连接在同一个网络上进行通信其他同类通信协议：CANBUS、profibus 等TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。
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。
工业以太网协议
工业以太网协议工业以太网协议是指在工业控制系统中使用的一种通信协议，它能够实现工业设备之间的数据传输和通信。
随着工业自动化程度的不断提高，工业以太网协议在工业控制领域中得到了广泛的应用。
工业以太网协议的特点之一是高可靠性。
在工业生产现场，设备之间的通信需要具备高可靠性，以确保生产过程的稳定性和安全性。
工业以太网协议采用了一系列的技术手段，如冗余传输、数据校验等，来保证通信的可靠性。
另一个特点是实时性。
在工业控制系统中，往往需要对设备的状态进行实时监控和控制。
工业以太网协议能够满足对实时性的要求，确保数据的及时传输和处理，从而保证生产过程的正常运行。
此外，工业以太网协议还具有高带宽和灵活性。
工业生产中的数据量通常较大，需要具备较高的带宽来支持数据的传输和处理。
同时，工业以太网协议还能够支持多种类型的数据传输，包括实时数据、控制数据、监控数据等，具有较高的灵活性。
在工业以太网协议的应用过程中，需要注意一些问题。
首先是网络安全。
工业控制系统往往涉及到重要的生产数据和设备控制，因此网络安全至关重要。
在使用工业以太网协议时，需要采取一系列的安全措施，防范网络攻击和数据泄露。
其次是网络管理和维护。
工业以太网协议涉及到大量的设备和数据，需要进行有效的网络管理和维护，以确保网络的稳定和可靠运行。
这包括对网络设备的监控、故障排除、性能优化等方面的工作。
最后是协议的标准化和统一。
工业以太网协议涉及到多种设备和厂商，需要对协议进行统一的标准化，以确保不同设备之间的兼容性和互通性。
同时，标准化也有利于推动工业以太网协议的发展和应用。
总的来说，工业以太网协议作为工业控制领域中的重要通信协议，具有高可靠性、实时性、高带宽和灵活性等特点。
在应用过程中，需要注意网络安全、网络管理和维护、协议的标准化和统一等问题，以确保工业以太网协议能够有效地支持工业生产的需求，推动工业自动化水平的进一步提高。
(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。
（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。
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
工业以太网协议之网络7层协议
工业以太网协议之网络7 层协议摘要: 今天我将用大家都能理解的比喻形式把以太网的协议层的概念讲解清楚。
大家在上大学期间应该会接触网络基础这门课程，在那里边会提到以太网的7 层协议，工控的技术人员很少会对此深究，只是作为基础掌握一些知道有哪几...今天我将用大家都能理解的比喻形式把以太网的协议层的概念讲解清楚。
大家在上大学期间应该会接触网络基础这门课程，在那里边会提到以太网的7 层协议，工控的技术人员很少会对此深究，只是作为基础掌握一些知道有哪几层就可以了，至于是干什幺起什幺作用，就不是很清楚了。
工控的今天已经从单元控制晋升到网络控制，而这其中工业以太网正是网络控制的中坚力量。
以太网的协议层是建立在OSI 模型的基础上的，在这里我就要讲一下OSI 模型。
OSI 模型，即开放式通信系统互联参考模型(Open System Interconnection)，是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，简称OSI。
OSI 的层次划分：OSI 将计算机网络体系结构(architecture)划分为以下七层：1、物理层Physical Layer2、数据链路层Data Link Layer3、网络层Network Layer4、传输层Transport Layer5、会话层Session Layer6、表示层Presentation Layer7、应用层Application Layer它和我们常用的TCP/IP 的协议层有些相似，TCP/IP 把1 和2 封装为一层，3 和4 还是独立的层，5 和6 和7 封装成为一层，也就是说TCP/IP 只有四层，但是在此我讲述的7 层的具体意义。
在这里我将假设一个场景，那就是把要传输数据的一方视为某个公司的经理，网络传输被视为这个经理要把一件事情告诉另一个公司的经理。
网络的A 端：1、应用层：A 公司经理把他想要告诉B 公司经理的事情用嘴讲了出来。
现场总线技术第十章 工业以太网(第3版)
“6”代表电气接口数量；
“2”代表光纤接口数量；
“LD”代表长距离。
二、通信处理器
常用的工业以太网通信处理器（CP ）包括用在S7PLC站上的： CP243-1系列； CP343-1系列； CP443-1系列等。
三、以太网配置
系统以工业以太网为界分为两层： ➢工业以太网以上是监控层； ➢工业以太网以下是控制层。 ➢主控制器是西门子公司的S7-300和 S7-400 PLC，两个控制器分别通过一 个通信处理器模块（CP）与以太网连 接。
名称最前面是数字，表示通信波特率； 名称中间是BASE或BROAD，表示网络 是宽带还是基带； 名称最后面如果是数字表示网段的最大 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。
３、以太网的优势
(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)易于与Internet连接，能实现办公 自动化网络与工业控制网络的信息无 缝集成。
具体的硬件组态过程请详见第四章， 本节只说明如何使用以太网通讯模块 组态工业以太网。
1、设置PG/PC接口 详见本书第七章图7-5所示，设置好后 ，可以连接操作员站与控制器PLC， 实现控制程序的下载与现场监控。 2、设置控制站以太网通信模块
第十章复习题：
1.什么是以太网？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？
二工业以太网出现及发展3采用以太网络的全双工交换技术发送数据的同时也能够接收数据两者同步进行采用以太网交换机将网络切分为多个网段就为连接在其端口上的每个网络节点提供了独立的带宽从而有效地降低了各网段和主干网络的负荷使网络中产生冲突的可能性大大降低提高了网络通信的确定性
工业以太网技术简介
同步过程如右图： 结论：
FF HSE（FOUNDATION™ Fieldbus High Speed Ethernet）
基金会现场总线（FF）是专为过程自动化而设计 的通讯协议。FF最初包括低速总线H1（速率为 31．25kbps）和高速总线H2（速率为1Mbps和2 ．5Mbps）两部分。但随着多媒体技术的发展和 工业自动化水平的提高，控制网络的实时信息传 输量越来越大，H2的设计能力已不能满足实时信 息传输的带宽要求。鉴于此，现场总线基金会放 弃了原有H2总线计划，取而代之的是将现场总线 技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型 高速现场总线－FF HSE（High Speed Ethernet ）。
Ethernet/IP（Industrial Protocol）概述
在工业控制上，现场总线已经发展的比 较成熟，形成了主要的几种协议作为不 同工业控制领域的规范 为了适应以太网的工业应用，各协议都 进行了针对性的改良，其中由DeviceNet 及ControlNet发展得到的就是Ethernet/IP 其核心是在应用层采用CIP（Control and Information Protocol）协议与以太网结 合
工业以太网EPA EPA由中国自主研发的一组工业以太网 标准，与Ethernet/IP等都是行业规范之 一 传输层及网络层沿用TCP/IP，即以太网 协议，而在应用层加入EPA应用层协议， 在数据链路层加入EPA通信调度管理实 体
工业以太网EPA ----同步时钟 同步时钟的实现： 1 PTP网络拓扑结构：（OC BC） M主时钟，S从时钟通过报文传递校准 同步报文 跟随报文 延时请求 延迟相应 PTP的“结构体”（引擎结构“数据 集”）
可靠性——冗余技术
可靠性——冗余技术
工业以太网通讯协议有哪些
工业以太网通讯协议有哪些电力线通信通信协议有什么电力线通信对实用性的处理有一些是根据网络层来做的，如Ethernet/IP、ModBusTCP等，这种互联网的实用性较弱；也是有一些对TCP/IP和以太网接口都干了实用性的拓展，如ProfiNet、Powerlink、Ethercat及其在我国明确提出的规范EPA等。
注：当今工业控制系统行业在如何把新技术应用与传统式工业控制系统融合上关键有三大异议聚焦点：1. 各种各样当场系统总线技术性的好坏；2. 根据PC的控制板与PLC控制器的好坏；3. 计算机接口与电力线通信技术性的好坏。
伴随着工业生产4.0的发展趋势，坚信电力线通信技术性将愈来愈关键！1. EnterCatEtherCat以太网接口操纵自动化控制是一个以Ethernet以太网接口为基本的对外开放构架的计算机接口系统软件。
EtherCat名字中的Cat为Control Automation Technology操纵自动化控制首写的简称，最开始由法国倍福自动化技术有限责任公司Beckhoff AutomationGmbH产品研发。
EtherCat为系统软件的实用性能和拓扑结构的协调能力塑造了新的规范，与此同时它还合乎乃至减少了计算机接口的应用成本费。
EtherCAT的特性还包含高精密机器设备同歩、可选电缆线沉余和多功能性安全性协议书(SIL3)。
EtherCat根据协议书內部的所有权体制可差别传送数据的所有权(Process Data)，组态软件数据信息或主要参数的传送是在一个明确的时间范围中根据一个专用型的服务项目安全通道开展(Acyclic Data)，EtherCat电脑操作系统的以太网接口作用与传送的IP协议兼容。
现阶段EtherCat科研开发早已进行，销售市场上已给予了从站控制板集成ic及机器设备。
EtherCat机器设备分主网和从站，主网一般是电机驱动器等，从站一般是IO控制模块、伺服控制器、网关ip、主控板这些。
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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......................................................................................................................... 1-3 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。
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，2002.9.27[IOS]作者，《Cisco IOS Release 12_0》，Cisco Systems Inc.，20041.5 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。