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工业以太网替代现场总线的发展驱动力

近几年,随着智能制造战略的持续推进,中国制造企业开始重视对底层工业自动化系统的改造与升级,由此引发了是否有必要采用工业以太网替代现场总线技术的问题讨论。目前较为普遍的观点认为,随着智能工厂的应用实践的深入以及IT与OT的逐渐融合,打通上层业务管理系统与下层生产控制系统之间的数据交互是大势所趋,这种内在的驱动力正在推动控制层和管理层构建统一的网络通信标准,使得工业以太网正在成为现场总线技术的重要替代者。

IT与OT融合推动工业以太网快速发展

工业以太网是以太网技术和通用工业协议的结合,是标准以太网在工业领域的应用延伸。近年来,为满足高实时性的工业应用需求,各大工业自动化公司和标准化组织纷纷提出了各种工业以太网实时性的技术标准,这些方案建立在IEEE802.3标准基础上,通过对相关标准的扩展以提高实时性,并做到与标准以太网的无缝对接。

目前,被广泛应用的工业以太网标准主要包括以下6个类型:

(1) MODBUS TCP/IP

施耐德电气将以工业以太网为基础的协同自动化解决方案作为发展战略。MODBUS的系统可以很容易地升级到MODBUS TCP/IP 。而用户并不需要对原有系统重新投资。在使

用MOD BUS 的串行连接方式, 如RS485 的情况下, 可以提供相应的产品, 非常容易地从现有的MODBUS 系统更新或升级到MODBUS TCP/IP 上。如果是使用了其他的网络, 也可以应用相应的gateway( 网关) 使其集成或升级到以太网系统里。

(2) Ethernet/IP

Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议,是主推ControlNet 现场总线的罗克韦尔自动化公司为以太网进入自动化领域所研究创造的以太网工业协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上,利用固定的以太网硬件和软件,为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。Ethernet/IP协议由IEEE 802.3物理层、数据链路层标准协议和控制与信息协议CIP等3个部分组成。

(3) Ethernet POWERLINK

Ethernet POWERLINK 是一项在标准以太网介质上解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的技术。EthernetPOWERLINK 拥有Ethernet的高速、开放性接口,以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义,在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen,物理层、数据链路层使用了Ethernet介质,而应用层则保留了原有的SDO 和PDO对象字典的结构。

(4) PROFInet

PROFINET由PROFIBUS国际组织推出,是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题,并作为跨供应商的技术完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术,保护现有投资。

(5) SERCOS III

Sercos( Serial Real Time Communication System,串行实时通信系统)已在工厂自动化应用(适合机械工程和建筑)领域风靡了25年。Sercos III是第三代协议,制定于2003年。这种具有高效性和确定性的通信协议可将Sercos接口的实时数据交换与以太网相融合。SERCO S III是SERCOS成熟的通信机制和工业以太网相结合的产物,它既具有 SERCOS的实时特性,又具有以太网的特性。

(6) EtherCAT

EtherCAT最初由德国倍福自动化有限公司研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议(SIL3)。

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