基于TCP/IP的Ethernet在工业自动化中的应用

发布时间:2010-11-29
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Ethernet仅仅只有物理层和链路层规范,它通常与TCP/IP等平台无关的协议结合应用。我们所指的Ethernet实际上是指基于TCP/IP协议的Ethernet,即Ethernet/IP。过去,以生产PLC为主的公司都使用Ethernet完成信息级通信,其中,西门了公司的SIMATICNET将Ethernet应用到车间级,并有向下层通信的趋势。随着FF HSE的开发成功,Ethernet将广泛应用于工业控制系统的监控网络。特别令人感兴趣的是,国际上有些公司已推出了完全以工业Ethernet为基础的控制系统,其工厂级、监控级和现场级均采用基于TCP/P通信协议的工业Ethernet,配备Wed server功能,而且这种趋势愈来愈明显。人们预测,像当年工业PC进入工业自动化领域一样,Ethernet/IP将会十分迅速地进入工业控制的各级网络。

基于TCP/IP的Ethernet构成的工厂网络的最大优点是将工厂的商务网、车间的制造网络和现场级的仪表、设备网络构成了畅通的透明网络,并与WEB功能相结合,与工厂的电子商务、物资供应链和ERP等形成整体,这就是施奈德的透明工厂概念。

所谓透明工厂,即基于开放的Internet和Ethernet,实现:

开放的商业化技术的应用OPC servers,Ethernet,Internet,IEC1131;

基于IT/Internet技术的产品开发 嵌入式网页服务器和浏览器提供对PLC数据的访问时间和可视化;

采用开放的网络策略 TCP/IP,物理层Ethernet;

创建现有的PLC作为“内容提供商”嵌入式服务器插件和OPC server。

Ethernet及其应用层协议――Ethernet/IP

按照互联网参考的7层协议,Ethernet只提供了物理层和链路层协议,且通常与TCP/IP等协议结合应用。由于应用层协议不同,因此难以保证其互操作性。

传输控制协议/网际协议(TCP/IP)是Internet的网络层和传输层协议。在商业领域,它的互操作性由Internet的应用层的文件传输(FTP)、终端访真(Telnet)、电子邮件(SMTP)和他公共协议保证;在自动化领域,尚无标准的应用层,各自动化厂商都有自己的应用层,如Mod bus Ethernet TCP/IP就是一种应用层协议。

为了在不同的网络设备中实现互操作,公共应用层是。当前,多个组织正在为工业自动领域的TCP/IP定义公共应用层协议。特别是将Ethernet用于现场设备级,是当前的热点课题。例如,面向制造自动化的Ethernet,产生了一种基于控制和信息的协议(CIP)的新型Ethernet――工业实时Ethernet。这是为传输控制协议/用户数据协议/协议(TCP/UDP/IP)定义的、基于主机/客户机的控制和信息协议。Ethernet的CIP称为Ethernet/IP。

CIP是专为工业控制设计的应用层协议,提供了访问数据和控制设备操作的服务集。它采用用户数据协议/网际协议(UDP/IP)和传输控制协议/网际协议(TCP/IP)作为Ethernet网上的控制和信息协议,允许发送显式(信息)和隐式(控制)报文。其中,隐式报文是对时间有苛刻要求的I/O信息(事件触发、控制器互锁等),通过UDP/IP完成的隐式报文中数据区包含实时I/O数据(CIP的控制部分);显式报文是无时间苛刻要求的点对点信息,可由TCP/IP完成(CIP的信息部分)。CIP向终端用户提供了自动化系统必不可少的控制、组态、数据采集服务功能。为面向自动化领域提供了Ethernet网上的工业自动化设备的互操作性和可换性。

最近,著名的工业通信技术国际组织――ODVA和PI在美国德州休斯敦新闻发布会上发表公开信,声称他们迄今为止相互竞争的现场总线――以太网解决议案要在OPC建议的DX协议下彼此协调以推进标准化工作。特别是就定义工业以太网的功能和互操作性达成共识,并将以下方面作为工作重点:IP地址即插即用互操作的通用策略、装置描述和恢复机制;网络诊断议案;指导使用WEB技术;一致性测试需求;产生一种应用接口,以消除协议间的差异。

OPC DX是一个开放的解决议案,允许当今市场上存在的标准:FF的HSE/H1、ODVA的CIP及PI的PROFINET相互并存。OPC DX标准提供了可互操作的数据交换和在以太网上报务器对服务器的通信。它是已存在的OPC数据访问规范的扩充,它还扩充了运行时间内的数据共享交换及实时协议应用的独立性。利用扩充的OPC接口,可以协调和互联不同现场总线组织的不同协议。OPC DX规范和源码在2001年12月份公布,来自多个生产厂商的原型在2002年4月出现。

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