工业网络讲解

工业网络一、什么是工业网络二、现场总线DeviceNet三、工业以太网ProfiNet四、工业以太网交换机1/11一什么是工业网络工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统，主要包括现场总线、工业以太网、工业无线等通信系统。工业网络通信一般基于组织或个体开发的网络通信协议/标准/规范，根据网络的开放程度，具体有以下三种类型：(1)专用、封闭型工业网络：该网络规范是由各公司自行研制，往往是针对某一特定应用领域而设，效率也是最高。但在跨领域相互连接时就显得各项指标参差不齐，推广与维护都难以协调。(2)开放型工业网络：除了一些较简单的标准是无条件开放外，大部分是有条件开放，或仅对开发的组织成员开放。生产商必须成为该组织的成员，产品需经过该组织的测试、认证，方可在该工业网络系统中使用。2/11一什么是工业网络

(3)标准工业网络：符合国际标准IEC61158、IEC62026、ISO11519或欧洲标准EN50170的工业网络。工业网络的传输媒介有线传输介质：双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质：无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。3/11一什么是工业网络工业通信网络的拓扑形式工业网络中的拓扑形式就是节点的互连形式。常见的是：总线型、环形、星形和树形等。(1)总线型：通过一条总线电缆作为传输介质，各节点通过接口接入总线。是工业通信网络中最常用的一种拓扑形式。

(2)星形与树形：在星形拓扑中，每个节点通过点对点连接到中央节点，任何节点之间的通信都通过中央节点进行。树形拓扑是星形拓扑的变种。常用于节点密集的地方，在商业和民用网络中使用较多。

(3)环形：通过网络节点点对点的链路的连接，构成一个环路。信号在环路上从一个设备到另一个设备单向传输，直到信号到达目的地为止。

4/11二现场总线

目前的工业总线网络可归为三类：485网络（RS485/MODBUS）、HART网络、FieldBUS现场总线网络。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。其中现场总线（FieldBUS）是应用在生产现场，用于连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是自动化领域中底层数据通信网络。现场总线技术近年来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(FieldbusControlSystem)。

然而，到目前为止，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus（CAN总线）、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。5/11二现场总线DeviceNetDevicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN总线技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。Devicenet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备（例如我们案例中的ABB机器人控制系统IO通信板卡、扩展IO模块）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。Devicenet的许多特性沿袭于CAN，CAN总线是一种设计良好的通信总线，它主要用于实时传输控制数据。DeviceNet的主要特点是：短帧传输，每帧的最大数据为8个字节；无破坏性的逐位仲裁技术；网络最多可连接64个节点；数据传输波特率为128kb/s、256kb/s、512kb/s；点对点、多主或主/从通信方式；采用CAN的物理和数据链路层规约。6/11三工业以太网

工业以太网是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计上，在实时性、可靠性、环境适应性等方面满足工业现场的需要，是继现场总线之后发展起来，最被认同也最具发展前景的一种工业通信网络。工业以太网的本质就是以太网技术办公自动化走向工业自动化，按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议，使以太网和TCP/IP技术真正应用到控制层，延伸到现场层。

目前比较主流的工业以太网协议包括：Ethernet/IP，PROFINET，POWERLINK，EtherCAT等。7/11三工业以太网PROFINET

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUSInternational，PI）推出，是基于工业以太网技术、使用TCP/IP和IT标准的自动化总线标准。

PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，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方面，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术。为了完成各种控制对象的功能需求，PROFINET根据通信目的不同将通信方式划分为三种类型。①实时性要求不高的数据通过TCP/UDP协议在标准通道上发送，这样可以满足设备控制层与其他网络兼容互通的需求。8/11三工业以太网PROFINET

②实时性较高的过程数据采用实时通道RT（real-time）传输，PROFINET中的实时通信通道的利用很大程度上减少了通信栈所用时间，缩短了过程数据传输的周期。③等时同步实时通信IRT（IsochronousReal-time），它的时钟速率为1ms，抖动精度为1us，主要用于有较高时间同步要求的场合，例如运动控制。

在我们的案例设备中，PLC与各个模块单元中的远程IO模块，就是利用PROFINET建立通信连接和实现数据传输。9/11四工业以太网交换机

工业以太网交换机，是应用于工业控制领域的以太网交换机设备，它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能。由于采用的网络标