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工业以太(tai)网的常见协议
1 Modbus TCP/IP
该协议由施耐德公司(si)推出，以(yi)一种非(fei)常简单的(de)(de)方式将(jiang)Modbus帧(zhen)嵌入到TCP帧(zhen)中，使(shi)Modbus与以(yi)太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP。这(zhei)是一种面向连接的(de)(de)方式，每(mei)一个呼(hu)叫都要求一个应(ying)答，这(zhei)种呼(hu)叫/应(ying)答的(de)(de)机制与Modbus的(de)(de)主(zhu)/从机制一致，但通过工(gong)业以(yi)太网交(jiao)换技术(shu)大大提高了确定(ding)性，改(gai)善了一主(zhu)多从轮询机制上的(de)(de)制约。
2 Profinet
Profinet由Siemens 开发并由Profibus International支持，目前它(ta)有3个版本(ben)(ben)，第一个版本(ben)(ben)定义了基于(yu)TCP/UDP/IP的(de)(de)(de)自动(dong)化组(zu)件。采用(yong)标准TCP/IP+以(yi)太网(wang)(wang)作为连接(jie)介(jie) 质，采用(yong)标准TCP/IP协(xie)议加上应(ying)用(yong)层的(de)(de)(de)RPC/DCOM来(lai)完(wan)成节点之(zhi)间的(de)(de)(de)通信(xin)和(he)网(wang)(wang)络(luo)寻(xun)址(zhi)。它(ta)可以(yi)同时(shi)(shi)挂接(jie)传统(tong)Profibus系统(tong)和(he)新型的(de)(de)(de)智能(neng)现场设 备(bei)。现有的(de)(de)(de)Profibus网(wang)(wang)段可以(yi)通过(guo)(guo)一个代理设备(bei)(proxy)连接(jie)到Profinet网(wang)(wang)络(luo)当中，使整套Profibus设备(bei)和(he)协(xie)议能(neng)够(gou)原封不动(dong)地(di)在 Profinet中使用(yong)。传统(tong)的(de)(de)(de)Profibus设备(bei)可通过(guo)(guo)代理与Profinet上面的(de)(de)(de)COM对象进(jin)行通信(xin)，并通过(guo)(guo)OLE自动(dong)化接(jie)口实(shi)现COM对象之(zhi)间 的(de)(de)(de)调用(yong)。它(ta)将以(yi)太网(wang)(wang)应(ying)用(yong)于(yu)非时(shi)(shi)间关键的(de)(de)(de)通信(xin)，用(yong)于(yu)高层设备(bei)和(he)Profibus-DP现场设备(bei)技(ji)术(shu)之(zhi)间，以(yi)便将实(shi)时(shi)(shi)控制域通过(guo)(guo)代理集成到一个高层的(de)(de)(de)水(shui)平上。
第二个版本中，Profinet在以(yi)太网(wang)上开辟了(le)(le)两个通(tong)(tong)(tong)道：标准的(de)使用(yong)TCP/IP协(xie)(xie)议(yi)的(de)非(fei)实时通(tong)(tong)(tong)信通(tong)(tong)(tong)道，另一个是(shi)实时通(tong)(tong)(tong)道，旁路第 三层(ceng)和第四层(ceng)，提供精确通(tong)(tong)(tong)信能力。该(gai)协(xie)(xie)议(yi)减少(shao)了(le)(le)数据长度，以(yi)减小通(tong)(tong)(tong)信栈(zhan)的(de)吞(tun)吐量。为优化通(tong)(tong)(tong)信功能，Profinet根(gen)据IEEE 802.p定(ding)义了(le)(le)报文的(de)优先(xian)级。最(zui)多(duo)可(ke)用(yong)7级。
Profinet第(di)三版(ban)采用了硬(ying)件方案(an)以缩小基于软件的通道，以进一步(bu)缩短通信栈软件的处理时间。为连接到(dao)集成的以太(tai)网交换(huan)机，Profinet第(di)三版(ban)还开始解(jie)决(jue)基于IEEE 1588同步(bu)数据传输(shu)的运(yun)动控(kong)制(zhi)解(jie)决(jue)方案(an)。
3 Ethernet/IP
Ethernet/IP是适合(he)工(gong)业环境(jing)应用(yong)(yong)的(de)(de)协(xie)议(yi)体(ti)系。它(ta)是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和ControlNet International两大工(gong)业组织推出(chu)的(de)(de)最新(xin)成(cheng)员(yuan)与(yu)DeviceNet和ControlNet一样，它(ta)们(men)都是基于CIP(Control and Information Proto-Col)协(xie)议(yi)的(de)(de)网络(luo)(luo)。它(ta)是一种是面向(xiang)对(dui)象(xiang)的(de)(de)协(xie)议(yi)，能够(gou)保(bao)证网络(luo)(luo)上隐式(shi)(控(kong)制)的(de)(de)实时I/O信息(xi)(xi)和显(xian)式(shi)信息(xi)(xi)(包括用(yong)(yong)于组态、参数(shu)设置、诊(zhen)断等)的(de)(de)有效传输。
Ethernet/IP采用(yong)和(he)(he)Devicenet以(yi)及ControlNet相同的(de)(de)(de)应(ying)(ying)用(yong)层协议(yi)CIP。因此，它们使用(yong)相同的(de)(de)(de)对象库和(he)(he)一致的(de)(de)(de)行业规范(fan)，具有较好的(de)(de)(de)一致性(xing)。Ethernet/IP采用(yong)标(biao)准的(de)(de)(de)Ethernet和(he)(he)TCP/IP技术传送CIP通(tong)信包，这样(yang)通(tong)用(yong)且开放(fang)的(de)(de)(de)应(ying)(ying)用(yong)层协议(yi)CIP加上已经(jing)被(bei)广泛使用(yong)的(de)(de)(de)Ethernet和(he)(he)TCP/IP协议(yi)，就构(gou)成Ethernet/IP协议(yi)的(de)(de)(de)体系结构(gou)。
4 EtherCAT
EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是由(you)(you)德(de)国倍福(fu)Beckhoff公司(si)开发(fa)，并(bing)(bing)由(you)(you)EtherCAT技术组(EtherCAT Technology Group，ETG)支持(chi)。它(ta)采用以太网(wang)帧，并(bing)(bing)以特定的环(huan)(huan)状拓扑发(fa)送(song)数据(ju)。网(wang)络上的每(mei)一(yi)个站(zhan)均(jun)从(cong)以太网(wang)帧上取走与该(gai)站(zhan)有关的数据(ju)，或并(bing)(bing)插入该(gai)站(zhan)本身特定的 输(shu)入/输(shu)出数据(ju)。网(wang)络内的最后一(yi)个模块向第一(yi)个模块发(fa)送(song)一(yi)个帧以形成和创(chuang)建一(yi)个物理和逻辑环(huan)(huan)。
EtherCAT还通(tong)过内(nei)部优先(xian)级系统，使实时(shi)(shi)(shi)以太网帧比其(qi) 他(ta)的(de)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(如(ru)(ru)组态(tai)或诊断数(shu)(shu)据(ju)(ju)，等)具有较高(gao)的(de)优先(xian)级。组态(tai)数(shu)(shu)据(ju)(ju)只在传(chuan)输(shu)实时(shi)(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)的(de)间(jian)隙(xi)(xi)(如(ru)(ru)间(jian)隙(xi)(xi)时(shi)(shi)(shi)间(jian)足够传(chuan)输(shu)的(de)话(hua))中传(chuan)输(shu)，或者(zhe)通(tong)过特定的(de)通(tong)道传(chuan)输(shu)。 EtherCAT还保留(liu)标准以太网功能，并(bing)与(yu)传(chuan)统IP协议兼容。为了实现这样(yang)的(de)装置(zhi)，需(xu)要专(zhuan)用ASIC芯片，以集成至少两(liang)个以太网端口，并(bing)采用基于(yu) IEEE 1588的(de)时(shi)(shi)(shi)间(jian)同步(bu)机(ji)制，以支持运动控制中的(de)实时(shi)(shi)(shi)应用。
5 Powerlink
Powerlink由贝加莱B&R公司开发，并由Ethernet Powerlink标准(zhun)化组(Ethernet Powerlink Standardisation Group，EPSG)支(zhi)持。
Powerlink 协议对第三、四(si)层的(de)TCP(UDP)/IP栈进行(xing)了(le)(le)扩展。它在(zai)共享式(shi)以太网(wang)网(wang)段上采(cai)(cai)用(yong)槽时间(jian)(jian)通信(xin)网(wang)络管理(Slot Communication Network Management，SCNM)中间(jian)(jian)件控制网(wang)络上的(de)数据流量。SCNM采(cai)(cai)用(yong)主从(cong)(cong)调度方式(shi)，每个站(zhan)只(zhi)有在(zai)收到(dao)主站(zhan)请求的(de)情(qing)况下(xia)，才能发送实(shi)时数据。因此， 在(zai)一个特(te)定的(de)时间(jian)(jian)，只(zhi)有一个站(zhan)能够访(fang)问总(zong)线(xian)，所以没有冲突，从(cong)(cong)而(er)确保(bao)了(le)(le)通信(xin)的(de)实(shi)时性(xing)。为此，Powerlink需采(cai)(cai)用(yong)基于(yu)IEEE 1588的(de)时间(jian)(jian)同步(bu)。在(zai)其扩展的(de)第二版中，包括了(le)(le)基于(yu)CANopen的(de)通信(xin)与(yu)设备行(xing)规。
