Ethernet／IP协议简介分析和总结.pdf

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。 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