什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)目錄一、什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)二、現(xiàn)場總線三、工業(yè)以太網(wǎng)四、工業(yè)以太網(wǎng)交換機一、什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指安裝在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要包括現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線等通信系統(tǒng)。1.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分類工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信一般基于組織或個體開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的開放程度，具體有以下三種類型：（1）專用、封閉型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是由各公司自行研制，往往是針對某一特定應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)，效率也是最高。但是在跨領(lǐng)域相互連接時，會出現(xiàn)各項指標(biāo)參差不齊的情況，推廣與維護(hù)都難以協(xié)調(diào)。一、什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（2）開放型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：除了一些較簡單的標(biāo)準(zhǔn)是無條件開放外，大部分是有條件開放，或僅對開發(fā)的組織成員開放。生產(chǎn)商必須成為該組織的成員，產(chǎn)品需經(jīng)過該組織的測試、認(rèn)證，方可在該工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用。（3）標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158、IEC62026、ISO11519或歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。1.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问皆诠I(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信過程中通常會用到有線和無線兩種傳輸介質(zhì)。常用的有線傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖。常用的無線傳輸介質(zhì)有無線電、微波、衛(wèi)星、移動通信等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫问骄褪枪?jié)點的互連形式，常見的有總線型、環(huán)形、星形和樹形等。二、現(xiàn)場總線2.1現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線旨在解決現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信，是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、雙向傳輸、多節(jié)點通信的數(shù)據(jù)總線。

現(xiàn)場總線的出現(xiàn)使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化”的方向進(jìn)一步發(fā)展，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)通信的全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。二、現(xiàn)場總線目前，現(xiàn)場總線還沒有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，常用的現(xiàn)場總線包括：基金會現(xiàn)場總線FF、HAPT、CAN、LonWorks、DeviceNet、Profibus、CC-link、WorldFIP等。這些現(xiàn)場總線具有各自的特點，采用的通訊協(xié)議也不完全相同，并各自形成了特定的應(yīng)用范圍，大都用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域。二、現(xiàn)場總線2.2現(xiàn)場總線的技術(shù)特點（1）全數(shù)字化通信：工業(yè)控制系統(tǒng)的各現(xiàn)場設(shè)備之間，采用數(shù)字通信的方式替代了傳統(tǒng)的模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸。（2）全分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場設(shè)備具有足夠的自主性，可以完成基本的自動控制功能。（3）系統(tǒng)的開放性：通過公開的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備之間可以進(jìn)行互連并實現(xiàn)信息交換。（4）互可操作性和互用性：互可操作性，即不同設(shè)備、系統(tǒng)間可以通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；互用性，即性能類似的不同廠家的設(shè)備可以互相替換。二、現(xiàn)場總線（5）現(xiàn)場設(shè)備高度智能化：現(xiàn)場設(shè)備可以完成自動控制的基本功能，包括傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等，并且可以隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。（6）對現(xiàn)場環(huán)境具有高度適應(yīng)性：現(xiàn)場總線可以支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等物理傳輸介質(zhì)；具有較強的抗干擾能力，能夠采用兩線制實現(xiàn)供電與通信；可以滿足本質(zhì)安全防爆要求等。二、現(xiàn)場總線2.3DeviceNet現(xiàn)場總線DeviceNet是90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN總線技術(shù)的一種開放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，最初由美國Rockwell公司開發(fā)應(yīng)用。DeviceNet是一種總線結(jié)構(gòu)的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，它將工業(yè)設(shè)備PLC、操作員終端、傳感器、光電開關(guān)等工業(yè)設(shè)備接入總線網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的硬接線成本。DeviceNet支持點對點、多主或主/從通信方式，為低端設(shè)備和控制器之間提供了一種確定的、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和通信，可以在高噪聲的環(huán)境下應(yīng)用。二、現(xiàn)場總線如圖2-1所示是DeviceNet在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。圖2-1DeviceNet在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用二、現(xiàn)場總線2.4Profibus現(xiàn)場總線Profibus是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它符合德國標(biāo)準(zhǔn)DIN19245、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，同時也是國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158和IEC61784的組成部分，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。Profibus現(xiàn)場總線由ProfibusDP（現(xiàn)場級）、ProfibusFMS（車間級）、ProfibusPA（過程自動化）三部分組成，適合于快速、時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)，主要應(yīng)用于工業(yè)通信、加工制造、過程控制、工廠自動化、交通電力等領(lǐng)域。允許廠商開發(fā)各自的符合Profibus協(xié)議的產(chǎn)品，并且這些產(chǎn)品可以連接在同一個Profibus網(wǎng)絡(luò)上。二、現(xiàn)場總線如圖2-2所示是Profibus在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。圖2-2Profibus在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用三、工業(yè)以太網(wǎng)3.1工業(yè)以太網(wǎng)簡介工業(yè)以太網(wǎng)的本質(zhì)就是以太網(wǎng)技術(shù)由辦公自動化走向工業(yè)自動化，按照工業(yè)控制的要求，發(fā)展適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層和用戶層協(xié)議，使以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)真正應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場控制中。工業(yè)以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，與商業(yè)以太網(wǎng)兼容。它在實時性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等方面都可以滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，是適用于工業(yè)自動化控制和過程控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，不同的現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前比較主流的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議包括：Modbus/TCP、Ethernet/IP、ProfiNet、EtherCAT等。三、工業(yè)以太網(wǎng)3.2技術(shù)特點（1）通信速率高，為10Mbps到1Gbps，可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長的帶寬要求，一般工業(yè)以太網(wǎng)使用的是100Mbps；（2）受到廣泛的技術(shù)支持，以太網(wǎng)應(yīng)用廣泛，幾乎所有的編程語言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，典型的以太網(wǎng)應(yīng)用形式是Ethernet+TCP/IP+Web，如Java；三、工業(yè)以太網(wǎng)（3）易于組網(wǎng)，一方面，工業(yè)以太網(wǎng)允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；另一方面，在整個網(wǎng)絡(luò)中，運用了交互式和開放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)，可以實現(xiàn)在同一總線上運行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)間公共網(wǎng)絡(luò)平臺或基礎(chǔ)構(gòu)架；（4）應(yīng)用成本低，以太網(wǎng)沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設(shè)置、維護(hù)和診斷工具，減少了培訓(xùn)以及開發(fā)的費用。三、工業(yè)以太網(wǎng)3.3ProfiNetProfiNet由Profibus國際組織推出，是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。ProfiNet為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等方面，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)（如Profibus）。為了完成各種控制對象的功能需求，ProfiNet有三種不同的通信方式：TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊、實時通訊(RT)和等時同步實時通訊（IRT）。四、工業(yè)以太網(wǎng)交換機工業(yè)以太網(wǎng)交換機，是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)交換機設(shè)備，如圖