专业的前景

[ 2006-5-23 15:53:00 | By: ly_zw ]

看到论坛上张老师对计算机控制技术的前沿解说,可能现在关键的问题是通信了,有从网上找了目前以及未来的通信方式是无线,工业以太网,profinet和devicenet,除了对无线有所基本了解,其他的真的是模模糊糊的概念

【几种工业以太网协议分析

1. Ethernet IP:

  此种工业以太网采用有源交换器,用来实现现场总线及其设备与以太网的无缝连接。另外,以太网为星行结构,有利于方便简单的接线和维护等工作的进行。在其星行结构中,采用通信组件,使其可以兼容Rockwell的现场总线设备。而Ethernet IP的通信模型也有其自身特点:在第一层至第四层上,采用Ethernet 802.3协议,之上采用TCP/IP,而在用户层上,采用CIP规范,使Control Net, Device Net 和Ethernet 共享用户层和应用层。

  2. FF HSE(High Speed Ethernet) :

  这是由FF基金会推出的一种以太网构架。HSE采用星行构架,并采用交换器连接FF的现场总线装置,实现无缝操作。其中的交换机还有防火墙作用,能有效抵抗干扰。此种以太网最重要的优点是实现了各种级别的冗余功能,保证了网络的可靠性。其通信模型的低层采用Ethernet TCP/IP协议,用户层和应用层则可由现场总线和HSE共用。 

  3. PROFI NET :

  是由西门子提出的以太网构架。由于西门子倡导保护过去投资,故其PROFINET的推出充分考虑了与PROFIBUS 的兼容性,实现了两者的无缝连接。而在通信模型中,PROFINE最大的特点是在其用户层是基于组件的,而依靠工程设计模型实现了组件的连接,从而系统中便可接入多个供应商的设备。,从而系统中便可接入多个供应商的设备。

  4. IDA 与上述3个架构不同,IDA则采用了从设备底层到高层的完全工业以太网构架,这是依靠Mod Bus实现的。】

      PROFINET只不过是工业以太网的一种标准 

     『DeviceNet规范由Rockwell自动化公司开发,并将其作为一个基于CAN协议的开放式现场总线标准而公布。DeviceNet协议特别为工厂自动控制而定制,它在美国和亚洲扮演了非常重要的角色。在欧洲,越来越多的系统方案使用DeviceNet来实现。』

     devicenet基本也是工业以太网协议的一种

      所谓工业以太网,一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,但在产品设计时,在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。

     随着互联网技术的发展与普及推广,Ethernet技术也得到了迅速的发展,Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展,给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望,并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。

  工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求,即信号传输要足够的快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式,网络负荷较大时,网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求,因此传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求,一直被视为非确定性的网络。
 
  然而,快速以太网与交换式以太网技术的发展,给解决以太网的非确定性问题带来了新的契机,使这一应用成为可能。首先,Ethernet的通信速率从10M、100M增大到如今的1 000M、10G,在数据吞吐量相同的情况下,通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小,即网络碰撞机率大大下降。其次,采用星型网络拓扑结构,交换机将网络划分为若干个网段。Ethernet交换机由于具有数据存储、转发的功能,使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲,不再发生碰撞;同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤,使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行,而不需经过主干网,也不占用其它网段的带宽,从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。再次,全双工通信又使得端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧,也不会发生冲突。因此,采用交换式集线器和全双工通信,可使网络上的冲突域不复存在(全双工通信),或碰撞机率大大降低(半双工),因此使Ethernet通信确定性和实时性大大提高。
  由于工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统,而且还是一个借助网络完成控制功能的自控系统。它除了完成数据传输之外,往往还需要依靠所传输的数据和指令,执行某些控制计算与操作功能,由多个网络节点协调完成自控任务。因而它需要在应用、用户等高层协议与规范上满足开放系统的要求,满足互操作条件。
   对应于ISO/OSI七层通信模型,以太网技术规范只映射为其中的物理层和数据链路层;而在其之上的网络层和传输层协议,目前以TCP/IP协议为主(已成为以太网之上传输层和网络层“事实上的”标准)。而对较高的层次如会话层、表示层、应用层等没有作技术规定。目前商用计算机设备之间是通过FTP(文件传送协议)、Telnet(远程登录协议)、SMTP(简单邮件传送协议)、HTTP(WWW协议)、SNMP(简单网络管理协议)等应用层协议进行信息透明访问的,它们如今在互联网上发挥了非常重要的作用。但这些协议所定义的数据结构等特性不适合应用于工业过程控制领域现场设备之间的实时通信。
  为满足工业现场控制系统的应用要求,必须在Ethernet+TCP/IP协议之上,建立完整的、有效的通信服务模型,制定有效的实时通信服务机制,协调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输服务,形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应用层、用户层协议,进而形成开放的标准。为此,各现场总线组织纷纷将以太网引入其现场总线体系中的高速部分,利用以太网和TCP/IP技术,以及原有的低速现场总线应用层协议,从而构成了所谓的工业以太网协议,如HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。

     无线的东西基本有所了解,看来要是做嵌入式工控平台最重要的是网络问题了,工业现场的实时性有待解决。

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