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1、PROFINET技术在工业现场总线中应用的趋势班级 : 自动化 11.1学号: 姓名: 工业以太网可以构建互连、互通，以及具有更好互操作性的透明一体化工业控制网络，实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接。目前在工业自动化控制网络的控制层和现场设备层，现场总线是最主要的通信方式。随着工业自动化控制的深化和广化，统一通信标准成为公认的发展方向，工业以太网技术将成为现场总线技术的重要替代。 （1）工业控制网络的发展需求 首先，随着工业现场设备的智能化以及控制方式由单点控制走向协同系统控制，现场设备之间需要进行实时、快速的通信，传输数据的带宽也相应由窄带转向宽带。 其次，工业控制系统由工厂自动化发展
2、到城市公共事业自动化（如城市地铁控制系统、城市智能配电系统等），再发展到广域控制系统（如特高压智能电网控制系统、高速铁路智能控制系统等），工业控制系统日趋分散。 最后，在工业控制的上层，需要集成生产计划和控制、质量管理、跟踪能力、维护系统等功能，希望从现场设备到本地操作站、管理层的整个控制网络实现透明一体化以提高生产率，更快地评估、控制系统的每一部分，从而实现高效、实时、透明的远程运营和管理。 综上，工业控制网络正朝着宽带、实时、透明、双向、互操作的方向发展，这就需要工业控制网络具备标准化、归一化的技术特点，以实现管理层、控制层和现场设备层更好的互连、互通和互操作。 （2）现场总线技术的不足
3、现场总线技术（Fieldbus）是上世纪80 年代末、90 年代初国际上发展形成的一项工业通信技术，是安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置或系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。最近二十多年中，现场总线是现场级数据通信系统的主流解决方案。 现场总线技术尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中具有较强实力和影响力的现场总线技术包括Foundation Fieldbus、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline 等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势，但互不兼容，这一现状一定程度上阻碍了全球
4、工业信息化的进程。现场总线技术的主要不足之处在于： 管理层与控制层及现场设备层采用不同的通信协议，上下层之间通过上位机连接，无法直接通信，管理层不能直接访问控制区域的设备； 由于国际标准推出缓慢，各类现场总线采用不同的技术，相互之间缺乏互连性和互操作性，不能实现透明连接； 传输速率不高，缺乏对其它应用如语音、图像数据的支持能力； 由于现场总线是专用实时通信网络，成本较高。 （3）工业以太网技术的优势 工业以太网能够提供现场总线无法提供的如下技术特性： 将工业控制系统与办公信息化系统融合，形成一体化的透明网络； 更宽的带宽和更大的数据包以满足越来越多的智能自动化设备的通信； 更快速的同步实时通信
5、以满足运动控制应用的需求； 在更大范围内连接更多的设备并为之设置地址； 主要使用以太网构造同质网络； 提供新功能如制造执行系统MES、在线升级固件、远程组态及故障处理； 集成现有的现场总线系统； 实现更好的互操作性； 可以使用标准化、低成本的以太网设备，如交换机、线缆、集线器等。 工业以太网可以构建互连、互通，以及具有更好互操作性的透明一体化工业控制网络，实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络，实现管理层、控制层到现场设备层之间工业通信的“e 网到底”，具体如下图所示：开放的以太网是20多年来发展最为成功的网络技术，并导致了一场信息技术的革命。可以预见，正如
6、当年PC机进入工业自动化领域一样，采用以太网技术是现场总线的发展趋势。 1.应用现状 工业自动化控制系统网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部连接越来越高速化、紧密化，更多的是系统细分成为独立控制孤岛，对驱动器和用户接口需求越来越多。而无论如何传统PLC技术无法满足该要求，现场总线技术也不能提供相关性能。只有通过网络技术来解决，而在所有网络技术中，以太网技术是最理想的选择。 目前以太网还只适合于工业控制网络系统的信息层应用。以太网是Byte级网络，只能部分代替现场总线作用，而将以太网用于现场I/O级，这是目前工控领域研究的热点之一。 2.Ethernet的优势 与以往控制网络相比，
7、以太网应用于工业控制具有以下的优势： (1)更高的通信带宽。以太网是一种成熟、快速的网络协议，数据传输速率为10100Mb/s。新一代以太网传输速率更快，可达1Gb/s，能满足不断增长的数据通信需要，成为企业范围的主干网络。 (2)实现现场设备层和企业管理层的无缝连接。以太网早已成为企业管理网络的首选，将其应用于现场设备控制网络，将实现企业信息网络和控制网络的融合，促进整个企业信息化的集成。 (3)控制系统成本降低。主要体现在两方面：支持以太网通信的网络设备较低；熟悉以太网网络操作的用户较多，整个系统培训、维护都较容易。 (4)更高稳定性。光纤网络已成为Internet的主干网络，光纤所具有的
8、良好抗噪声干扰性能使得以太网更适合在实时监控的高噪声设备现场环境。 3.Ethernet在中国的应用 目前国内对工业控制网络领域的理论研究主要局限于现场总线网络，部分学者对建立工业以太网控制网络进行了探讨，但仍停留在概念上，未能进入实质性研究阶段，实际应用还不多。 就目前我国网络控制实际情况和发展要求，工业控制系统将普遍以现场总线和DCS相结合作为控制系统的底层和中层，用于工业现场；而将以太网用于控制系统的上层，以实现高速率的通信和网络互连。 4.发展方向 基于以太网的控制网络所具有的上述优点是目前现场总线技术所无法比拟的。另外，随着宽带以太网与交换式以太网技术的发展，以太网作为控制网络在控制
9、实时性方面的问题正在逐步得以解决。虽然以太网采用的是带碰撞检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)，一般认为该协议不能满足控制系统实时性要求，但100Mb/s以太网已开始广泛应用，千兆以太网产品也已出现；而且以太网交换技术的出现，通过全双工交换技术，可完全避免CSMA/CD中的碰撞；还可方便实现优先级机制，实现网络带宽的最大利用率和最好实现性能。 所以，未来工业控制系统的发展方向必然是通过工业Ethernet网络实现互连，最后连接到Internet。 巨大的需求将会带来巨大的市场，工业自动化组件供应商越来越多的把以太网协议作为他们产品的标准规范，许多厂商也直接把以太网技术作为新产品的网络连
10、接手段。由于这些供应商的推动，这也就需要机械制造商和终端客户将观念从旧的现场总线技术转变到以太网技术上来。工业以太网总线正因为有诸多的优点，在国内外逐步得到了迅速的普及，现在已经有大量的配套产品在使用中。如工业以太网HUB，工业以太网防火墙产，工业以太网关，以太网转RS232/RS485设备，以太网A/D模块，以太网D/A模块，以太网AI模块，以太网AO模块，以太网DI模块，以太网DO模块及复合功能模块。目前以太网还只适合于工业控制网络系统的信息层应用。以太网是Byte级网络，只能部分代替现场总线作用，而将以太网用于现场I/O级，这是目前工控领域研究的热点之一。而工业以太网技术基础及应用方式多
11、是基于商用以太网发展而来的，在全球主导的有线网络将数据传输技术的基础上，根据工业领域的特点要求，采用以太网通信协议作为基本技术发展而生。工业以太网市场需求十分广泛，无论是新建一条现代化的制造生产线，还是对旧有设备的改造，都会大量使用工业以太网。对此，工业以太网的市场增长率也始终居高不下，据有关统计，每年新增工业网络接口数量都将会是前一年的一倍左右。而随着工业以太网技术延展而带动的PLC、DCS及PC_Based等控制类产品的市场容量，更是难以计算。与普通的以太网相比，工业以太网需要解决开放性、实时性、同步性、可靠性、抗干扰性及安全性等诸多方面的问题，这也是工业自动化厂商不同于普通IT厂商能为工业用户带去更大价值的地方。
