【2017年整理】Ethernet／IP协议简介.doc

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 2 2.1 通讯确定性和实时性技术 2 3 Ethernet／IP协议简介 3 3.1 Ethernet／IP工业以太网 4 3.1.1 Ethernet／IP协议模型及协议内容 4 3.1.2 EtherNet/IP 的通信机制 7 3.2 ProfitNet工业以太网 7 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 16 3.4.1 原理 17 3.4.2 ControlNet网络 17 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 24 4．1 硬件系统总体架构 24 4．2电源设计 25 4．3复位电路设计 25 4．4以太网通讯接口设计 26 4．4．1以太网电路原理 26 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 28 4．6 主从USB接口设计 29 4．7 外部I／0扩展接口设计 29 5 EtherNet/IP 工业以太网优缺点及发展前景 30 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。 以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它 支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。但是传统以太网 采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测(CSMA／CD)通讯方式，在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。研究表明：商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型的针对工业控制领域的以太网一工业以太网。 由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用 支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的信息层与控制 层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国 际、国内工业以太网技术的发展来看，目前工业以太网在控制层已得到广泛应用， 并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。 工业以太网技术作为后起之秀，迅速抢占着其它总线形式的市场，推动其发 展的两大动力是