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1、现场总线技术现场总线技术第五章第五章2021/6/71现场总线现场总线第四章内容回顾第四章内容回顾一、一、HART的基本特点的基本特点二、二、HART协议物理层技术规范协议物理层技术规范三、三、HART数据链路层技术规范数据链路层技术规范四、四、HART命令简介命令简介五、五、HART协议的应用协议的应用2021/6/72现场总线现场总线现场总线技术课程内容结构现场总线技术课程内容结构第一章第一章第一章第一章 现场总线技术概述现场总线技术概述现场总线技术概述现场总线技术概述第二章第二章第二章第二章 数据通信基础数据通信基础数据通信基础数据通信基础第三章第三章第三章第三章 控制网络基础控制网络基
2、础控制网络基础控制网络基础第四章第四章第四章第四章 HARTHART通信协议通信协议通信协议通信协议现场总线协议现场总线协议现场总线协议现场总线协议工业以太网技术工业以太网技术工业以太网技术工业以太网技术第五章第五章第五章第五章 工业以太网技术工业以太网技术工业以太网技术工业以太网技术第六章第六章第六章第六章 EPAEPA工业以太网工业以太网工业以太网工业以太网2021/6/73现场总线现场总线一、一、工业以太网简介工业以太网简介二、二、以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构三、三、TCP/IP协议组协议组四、典型的工业以太网四、典型的工业以太网工业以太网工业以太网2021/6/74
3、现场总线现场总线本章思考题本章思考题本章思考题本章思考题工业以太网工业以太网一、一、简述工业以太网的特色技术。简述工业以太网的特色技术。二、二、工业以太网通信非确定性的缓解措施有哪工业以太网通信非确定性的缓解措施有哪几种？几种？三、三、简述简述TCP/IP和和UDP/IP的区别以及它们在的区别以及它们在工工业以太网通信中的作用。业以太网通信中的作用。四、举出几种实时以太网的通信参考模型。四、举出几种实时以太网的通信参考模型。2021/6/75现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网一、工业以太网与以太网一、工业以太网与以太网二
4、、二、工业以太网的特色技术工业以太网的特色技术三、三、通信非确定性的缓解措施通信非确定性的缓解措施2021/6/76现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网一、工业以太网与以太网一、工业以太网与以太网工业以太网源于以太网而又不同于普通以太网。工业以太网源于以太网而又不同于普通以太网。工业以太网源于以太网而又不同于普通以太网。工业以太网源于以太网而又不同于普通以太网。 互联网及普通计算机网络采用的以太网技术原本并不适应控制互联网及普通计算机网络采用的以太网技术原本并不适应控制互联网及普通计算机网络采用的以太网技术原本并不适应控制
5、互联网及普通计算机网络采用的以太网技术原本并不适应控制网络和工业环境的应用需要，通过对普通以太网技术进行网络和工业环境的应用需要，通过对普通以太网技术进行网络和工业环境的应用需要，通过对普通以太网技术进行网络和工业环境的应用需要，通过对普通以太网技术进行通信实通信实通信实通信实时性改进时性改进时性改进时性改进，工业应用环境应用性的改造工业应用环境应用性的改造工业应用环境应用性的改造工业应用环境应用性的改造，并添加了，并添加了，并添加了，并添加了一些控制应用一些控制应用一些控制应用一些控制应用功能后功能后功能后功能后，形成工业以太网技术主体。，形成工业以太网技术主体。，形成工业以太网技术主体。，
6、形成工业以太网技术主体。 工业以太网要在继承和部分继承以太网原有工业以太网要在继承和部分继承以太网原有工业以太网要在继承和部分继承以太网原有工业以太网要在继承和部分继承以太网原有核心技术核心技术核心技术核心技术的基础的基础的基础的基础上，应对上，应对上，应对上，应对适应工业环境性适应工业环境性适应工业环境性适应工业环境性、通信实时性通信实时性通信实时性通信实时性、时间发布时间发布时间发布时间发布、各节点间的各节点间的各节点间的各节点间的时间同步时间同步时间同步时间同步、网络的功能安全与信息安全网络的功能安全与信息安全网络的功能安全与信息安全网络的功能安全与信息安全等问题，提出相应的解决等问题，
7、提出相应的解决等问题，提出相应的解决等问题，提出相应的解决方案，并添加方案，并添加方案，并添加方案，并添加控制应用功能控制应用功能控制应用功能控制应用功能，还要针对某些特殊的工业应用场合，还要针对某些特殊的工业应用场合，还要针对某些特殊的工业应用场合，还要针对某些特殊的工业应用场合提出的提出的提出的提出的网络供电、本安防爆网络供电、本安防爆网络供电、本安防爆网络供电、本安防爆等要求给出解决方案。等要求给出解决方案。等要求给出解决方案。等要求给出解决方案。2021/6/77现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网一、工业以太网与
8、以太网一、工业以太网与以太网 以太网和互联网原有的以太网和互联网原有的以太网和互联网原有的以太网和互联网原有的核心技术核心技术核心技术核心技术是工业以太网的是工业以太网的是工业以太网的是工业以太网的重要基础重要基础重要基础重要基础，而对，而对，而对，而对以太网实行以太网实行以太网实行以太网实行环境适应性环境适应性环境适应性环境适应性、通信实时性通信实时性通信实时性通信实时性等相关改造、扩展的部分，成等相关改造、扩展的部分，成等相关改造、扩展的部分，成等相关改造、扩展的部分，成为工业以太网的为工业以太网的为工业以太网的为工业以太网的特色技术特色技术特色技术特色技术。 目前工业以太网的代表技术有：
9、目前工业以太网的代表技术有：目前工业以太网的代表技术有：目前工业以太网的代表技术有：FFFF中高速网段中高速网段中高速网段中高速网段HSEHSE，PROFIBUSPROFIBUS的上层网段的上层网段的上层网段的上层网段PROFINETPROFINET， EtherNet/IP EtherNet/IP 和和和和Modbus/TCP Modbus/TCP 。 在控制器、在控制器、在控制器、在控制器、PLCPLC测量变送器、执行器、测量变送器、执行器、测量变送器、执行器、测量变送器、执行器、I/OI/O卡等设备中嵌入以太卡等设备中嵌入以太卡等设备中嵌入以太卡等设备中嵌入以太网通信接口，嵌入网通信接口
10、，嵌入网通信接口，嵌入网通信接口，嵌入TCP/IPTCP/IP协议，嵌入协议，嵌入协议，嵌入协议，嵌入Web ServerWeb Server便可形成支持以太便可形成支持以太便可形成支持以太便可形成支持以太网、网、网、网、TCP/IPTCP/IP协议和协议和协议和协议和WebWeb服务器的服务器的服务器的服务器的InternetInternet现场节点现场节点现场节点现场节点。借助。借助。借助。借助IEIE等通用等通用等通用等通用的网络浏览器实现对生产现场的监视与控制，进而实现的网络浏览器实现对生产现场的监视与控制，进而实现的网络浏览器实现对生产现场的监视与控制，进而实现的网络浏览器实现对生产
11、现场的监视与控制，进而实现远程监控远程监控远程监控远程监控，也是工业以太网的一个有效解决方案。也是工业以太网的一个有效解决方案。也是工业以太网的一个有效解决方案。也是工业以太网的一个有效解决方案。2021/6/78现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网一、工业以太网与以太网一、工业以太网与以太网 以太网的物理层与数据链路层以太网的物理层与数据链路层以太网的物理层与数据链路层以太网的物理层与数据链路层采用采用采用采用IEEE802.3IEEE802.3的规范，网络层和的规范，网络层和的规范，网络层和的规范，网络层和传输层采用传
12、输层采用传输层采用传输层采用TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组，应用，应用，应用，应用层采用简单邮件传送协议层采用简单邮件传送协议层采用简单邮件传送协议层采用简单邮件传送协议SMTPSMTP、简单网络管理协议简单网络管理协议简单网络管理协议简单网络管理协议SNMPSNMP、域名服、域名服、域名服、域名服务务务务DNSDNS、文件传输协议、文件传输协议、文件传输协议、文件传输协议FTPFTP、超文、超文、超文、超文本链接本链接本链接本链接HTTPHTTP等应用协议。这些是等应用协议。这些是等应用协议。这些是等应用协议。这些是以太网已有的以太网已有的以太网已有的以太网已有的核心和生命
13、力所在核心和生命力所在核心和生命力所在核心和生命力所在。7 76 65 54 43 32 21 1应用层应用层应用层应用层表示层表示层表示层表示层会话层会话层会话层会话层传输层传输层传输层传输层物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层网络层OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型应用协议应用协议应用协议应用协议以太网物理层以太网物理层以太网物理层以太网物理层IPIP以太网以太网以太网以太网MACMACTCP/UDPTCP/UDP2021/6/79现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以
14、太网二、二、工业以太网的特色技术工业以太网的特色技术(1)(1) 应对环境适应性的特色技术应对环境适应性的特色技术应对环境适应性的特色技术应对环境适应性的特色技术 工业以太网应对环境适应性的改造措施，很重要的一方面是打造工业级产品。工业以太网应对环境适应性的改造措施，很重要的一方面是打造工业级产品。工业以太网应对环境适应性的改造措施，很重要的一方面是打造工业级产品。工业以太网应对环境适应性的改造措施，很重要的一方面是打造工业级产品。 针对工业应用环境需要、具有相应防护等级的产品称之为工业级的产品，针对工业应用环境需要、具有相应防护等级的产品称之为工业级的产品，针对工业应用环境需要、具有相应防护
15、等级的产品称之为工业级的产品，针对工业应用环境需要、具有相应防护等级的产品称之为工业级的产品，防防防防护级工业产品是工业以太网特色技术之一护级工业产品是工业以太网特色技术之一护级工业产品是工业以太网特色技术之一护级工业产品是工业以太网特色技术之一，这也是工业级产品在设计之初要，这也是工业级产品在设计之初要，这也是工业级产品在设计之初要，这也是工业级产品在设计之初要注重材质、元器件工作温度范围的选择。注重材质、元器件工作温度范围的选择。注重材质、元器件工作温度范围的选择。注重材质、元器件工作温度范围的选择。(2) (2) 应对通信非确定性的缓解措施应对通信非确定性的缓解措施应对通信非确定性的缓解
16、措施应对通信非确定性的缓解措施普通以太网采用载波监听多路访问普通以太网采用载波监听多路访问普通以太网采用载波监听多路访问普通以太网采用载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测冲突检测冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)的媒体访问控制的媒体访问控制的媒体访问控制的媒体访问控制方式，这种方式，这种方式，这种方式，这种平等竞争的非确定性网络平等竞争的非确定性网络平等竞争的非确定性网络平等竞争的非确定性网络，不能满足控制系统对，不能满足控制系统对，不能满足控制系统对，不能满足控制系统对通信实时性、确通信实时性、确通信实时性、确通信实时性、确定性定性定性定性的要求，被认为不适合用于底层工业控制，这
17、是的要求，被认为不适合用于底层工业控制，这是的要求，被认为不适合用于底层工业控制，这是的要求，被认为不适合用于底层工业控制，这是以太网进入控制网络领以太网进入控制网络领以太网进入控制网络领以太网进入控制网络领域在技术上的最大障碍域在技术上的最大障碍域在技术上的最大障碍域在技术上的最大障碍。2021/6/710现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网二、二、工业以太网的特色技术工业以太网的特色技术(3)(3) 实时以太网实时以太网实时以太网实时以太网 实时以太网是在应对工业控制中通信实时性、确定性从而提出的根本解决实时以太网是在
18、应对工业控制中通信实时性、确定性从而提出的根本解决实时以太网是在应对工业控制中通信实时性、确定性从而提出的根本解决实时以太网是在应对工业控制中通信实时性、确定性从而提出的根本解决方案，自然属于方案，自然属于方案，自然属于方案，自然属于工业以太网的特色和核心技术工业以太网的特色和核心技术工业以太网的特色和核心技术工业以太网的特色和核心技术。站在控制网络的角度看，。站在控制网络的角度看，。站在控制网络的角度看，。站在控制网络的角度看，工作在现场控制层的实时以太网，工作在现场控制层的实时以太网，工作在现场控制层的实时以太网，工作在现场控制层的实时以太网，实际上属于现场总线的一个新类型实际上属于现场总
19、线的一个新类型实际上属于现场总线的一个新类型实际上属于现场总线的一个新类型。 EtherNet/IPEtherNet/IP， PROFINET, P-Net, Interbus, VNET/IP, TCnet, EtherCAT, PROFINET, P-Net, Interbus, VNET/IP, TCnet, EtherCAT, EtherNet Powerlink, EtherNet Powerlink, EPAEPA（Ethernet for Process Ethernet for Process AutomationAutomation）,Modbus-,Modbus- RTPS
20、, SERCOS- RTPS, SERCOS-。(4) (4) 网络供电网络供电网络供电网络供电 网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备传递工作电源，被称网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备传递工作电源，被称网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备传递工作电源，被称网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备传递工作电源，被称之为之为之为之为网络供电网络供电网络供电网络供电。 工业以太网目前有两种供电方式，一种利用工业以太网目前有两种供电方式，一种利用工业以太网目前有两种供电方式，一种利用工业以太网目前有两种供电方式，一种利用5 5 5
21、 5类双绞线现有的信号接收与发送两对类双绞线现有的信号接收与发送两对类双绞线现有的信号接收与发送两对类双绞线现有的信号接收与发送两对线缆；另外一种采用线缆；另外一种采用线缆；另外一种采用线缆；另外一种采用5 5 5 5类线缆中空闲线对网络节点供电。类线缆中空闲线对网络节点供电。类线缆中空闲线对网络节点供电。类线缆中空闲线对网络节点供电。2021/6/711现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网二、二、工业以太网的特色技术工业以太网的特色技术(5)(5) 本质安全本质安全本质安全本质安全 本质安全本质安全本质安全本质安全是指将
22、送往易燃易爆危险场合的能量，控制在引起火是指将送往易燃易爆危险场合的能量，控制在引起火是指将送往易燃易爆危险场合的能量，控制在引起火是指将送往易燃易爆危险场合的能量，控制在引起火花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生火花而花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生火花而花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生火花而花所需能量的限度之内，从根本上防止在危险场合产生火花而使系统安全得到保障。使系统安全得到保障。使系统安全得到保障。使系统安全得到保障。 目前以太网收发器的功耗较高，设计低功耗以太网设备还存在目前以太网收发器的功耗较高，设计低功耗以太网设备还存在目前以太网收发器
23、的功耗较高，设计低功耗以太网设备还存在目前以太网收发器的功耗较高，设计低功耗以太网设备还存在一些难点，真正符合本质安全要求的工业以太网还有待进一步一些难点，真正符合本质安全要求的工业以太网还有待进一步一些难点，真正符合本质安全要求的工业以太网还有待进一步一些难点，真正符合本质安全要求的工业以太网还有待进一步努力。对应用于危险场合的工业以太网交换机等，努力。对应用于危险场合的工业以太网交换机等，努力。对应用于危险场合的工业以太网交换机等，努力。对应用于危险场合的工业以太网交换机等，目前一般采目前一般采目前一般采目前一般采取隔爆型作为防爆措施取隔爆型作为防爆措施取隔爆型作为防爆措施取隔爆型作为防爆
24、措施。工业以太网的特色技术还有许多，如应用层的工业以太网的特色技术还有许多，如应用层的工业以太网的特色技术还有许多，如应用层的工业以太网的特色技术还有许多，如应用层的控制应用协议控制应用协议控制应用协议控制应用协议，控制控制控制控制功能块功能块功能块功能块，控制网络的时间发布与管理控制网络的时间发布与管理控制网络的时间发布与管理控制网络的时间发布与管理，都是以太网、互联网中原先，都是以太网、互联网中原先，都是以太网、互联网中原先，都是以太网、互联网中原先不曾涉及的技术。不曾涉及的技术。不曾涉及的技术。不曾涉及的技术。2021/6/712现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简
25、介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网三、三、通信非确定性的缓解措施通信非确定性的缓解措施工业以太网可利用以太网原本具有的技术优势，扬长避短，缓解工业以太网可利用以太网原本具有的技术优势，扬长避短，缓解工业以太网可利用以太网原本具有的技术优势，扬长避短，缓解工业以太网可利用以太网原本具有的技术优势，扬长避短，缓解其通信非确定性弊端对控制实时性的影响。这些措施主要涉及以其通信非确定性弊端对控制实时性的影响。这些措施主要涉及以其通信非确定性弊端对控制实时性的影响。这些措施主要涉及以其通信非确定性弊端对控制实时性的影响。这些措施主要涉及以下方面：下方面：下方面：下方面：(1) (1) 利
26、用以太网的高通信速率利用以太网的高通信速率利用以太网的高通信速率利用以太网的高通信速率 相同通信量的条件下，提高通信效率可以减少通信信号占用相同通信量的条件下，提高通信效率可以减少通信信号占用相同通信量的条件下，提高通信效率可以减少通信信号占用相同通信量的条件下，提高通信效率可以减少通信信号占用传输介质的时间，从一个角度为减少信号的碰撞冲突、解决以传输介质的时间，从一个角度为减少信号的碰撞冲突、解决以传输介质的时间，从一个角度为减少信号的碰撞冲突、解决以传输介质的时间，从一个角度为减少信号的碰撞冲突、解决以太网通信的非确定性提供了途径。太网通信的非确定性提供了途径。太网通信的非确定性提供了途径
27、。太网通信的非确定性提供了途径。 以太网的通信速率从以太网的通信速率从以太网的通信速率从以太网的通信速率从10Mb/s10Mb/s、100Mb/s100Mb/s提高到提高到提高到提高到1Gb/s1Gb/s，以至，以至，以至，以至更高，对于一般控制网络通信速率而言，通信效率的提高是明更高，对于一般控制网络通信速率而言，通信效率的提高是明更高，对于一般控制网络通信速率而言，通信效率的提高是明更高，对于一般控制网络通信速率而言，通信效率的提高是明显的，因而对显的，因而对显的，因而对显的，因而对减少碰撞冲突也是有效的减少碰撞冲突也是有效的减少碰撞冲突也是有效的减少碰撞冲突也是有效的。2021/6/71
28、3现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网三、三、通信非确定性的缓解措施通信非确定性的缓解措施(2) (2) 控制网络负荷控制网络负荷控制网络负荷控制网络负荷 从另一个角度看，减轻网络负荷也可以减少信号的碰撞冲突，从另一个角度看，减轻网络负荷也可以减少信号的碰撞冲突，从另一个角度看，减轻网络负荷也可以减少信号的碰撞冲突，从另一个角度看，减轻网络负荷也可以减少信号的碰撞冲突，提高网络通信的确定性。提高网络通信的确定性。提高网络通信的确定性。提高网络通信的确定性。 研究结果表明，在网络负荷低于满负荷的研究结果表明，在网络负荷低于满
29、负荷的研究结果表明，在网络负荷低于满负荷的研究结果表明，在网络负荷低于满负荷的30%30%时，以太网基本时，以太网基本时，以太网基本时，以太网基本可以满足对一般控制系统通信确定性的要求。可以满足对一般控制系统通信确定性的要求。可以满足对一般控制系统通信确定性的要求。可以满足对一般控制系统通信确定性的要求。(3) (3) 采用全双工以太网技术采用全双工以太网技术采用全双工以太网技术采用全双工以太网技术采用全双工以太网，使网络处于全双工的通信环境下，也可采用全双工以太网，使网络处于全双工的通信环境下，也可采用全双工以太网，使网络处于全双工的通信环境下，也可采用全双工以太网，使网络处于全双工的通信环
30、境下，也可以明显提高网络通信的确定性。全双工设备可以同时发送和以明显提高网络通信的确定性。全双工设备可以同时发送和以明显提高网络通信的确定性。全双工设备可以同时发送和以明显提高网络通信的确定性。全双工设备可以同时发送和 接收数据，这样更具备通信确定性的条件。接收数据，这样更具备通信确定性的条件。接收数据，这样更具备通信确定性的条件。接收数据，这样更具备通信确定性的条件。2021/6/714现场总线现场总线5.1 5.1 工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网简介工业以太网工业以太网三、三、通信非确定性的缓解措施通信非确定性的缓解措施(4) (4) 采用交换式以太网技术采用交换式以
31、太网技术采用交换式以太网技术采用交换式以太网技术 在传统的以太网中，多个节点共享同一个传输介质，共享网在传统的以太网中，多个节点共享同一个传输介质，共享网在传统的以太网中，多个节点共享同一个传输介质，共享网在传统的以太网中，多个节点共享同一个传输介质，共享网络的固定带宽。络的固定带宽。络的固定带宽。络的固定带宽。 交换机接收并存储通信帧，根据目的地址和端口地址表，把交换机接收并存储通信帧，根据目的地址和端口地址表，把交换机接收并存储通信帧，根据目的地址和端口地址表，把交换机接收并存储通信帧，根据目的地址和端口地址表，把通信帧转发到相应的输出端口，为连接在其端口上的每个网络通信帧转发到相应的输出
32、端口，为连接在其端口上的每个网络通信帧转发到相应的输出端口，为连接在其端口上的每个网络通信帧转发到相应的输出端口，为连接在其端口上的每个网络节点提供独立的带宽，使不同设备之间产生冲突的可能性大大节点提供独立的带宽，使不同设备之间产生冲突的可能性大大节点提供独立的带宽，使不同设备之间产生冲突的可能性大大节点提供独立的带宽，使不同设备之间产生冲突的可能性大大降低。降低。降低。降低。应该指出的是，采取上述措施可以使以太网通信的非确定性问题得应该指出的是，采取上述措施可以使以太网通信的非确定性问题得应该指出的是，采取上述措施可以使以太网通信的非确定性问题得应该指出的是，采取上述措施可以使以太网通信的非
33、确定性问题得到相当程度的缓解，但仍然没有从根本上完全解决通信的确定性与到相当程度的缓解，但仍然没有从根本上完全解决通信的确定性与到相当程度的缓解，但仍然没有从根本上完全解决通信的确定性与到相当程度的缓解，但仍然没有从根本上完全解决通信的确定性与实时性问题。要使工业以太网完全适应控制实时性的要求，应采用实时性问题。要使工业以太网完全适应控制实时性的要求，应采用实时性问题。要使工业以太网完全适应控制实时性的要求，应采用实时性问题。要使工业以太网完全适应控制实时性的要求，应采用实时以太网实时以太网实时以太网实时以太网 ( (响应时间小于响应时间小于响应时间小于响应时间小于5ms)5ms)。2021/
34、6/715现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接二、二、以太网的帧结构以太网的帧结构三、三、以太网的通信帧结构与工业数据封装以太网的通信帧结构与工业数据封装2021/6/716现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接RJ-45RJ-45插头和制作工具插头和制作工具插头和制作工具插头和制作工具202
35、1/6/717现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接IPIP防护等级防护等级防护等级防护等级IPIP（INGRESS PROTECTIONINGRESS PROTECTION）防护等级系统是由）防护等级系统是由）防护等级系统是由）防护等级系统是由IECIEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSIONCOMMISSION）所起草。将灯具依其防尘
36、防湿气之特性加以分级。）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。分，以免触电。分，以免触电。分，以免触电。IPIP防护等级是由两个数字所组成，第防护等级是由两个数字所组成，第防护等级是由两个数字所组成，第防护等级是由两个数字所组成，第1 1个数字表示个数字表
37、示个数字表示个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第灯具离尘、防止外物侵入的等级，第灯具离尘、防止外物侵入的等级，第灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2 2个数字表示灯具防湿气、防个数字表示灯具防湿气、防个数字表示灯具防湿气、防个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二所示：所表示的防护等级如表一及表二所示：所表示的防护等级如表一及表二所示：所表示的防护等
38、级如表一及表二所示： 2021/6/718现场总线现场总线表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度 0 0 0 0 没有防护没有防护没有防护没有防护 对外界的人或物无特殊防护。对外界的人或物无特殊防护。对外界的人或物无特殊防护。对外界的人或物无特殊防护。 1 1 1 1 防止大于防止大于防止大于防止大于50mm50mm50mm50mm的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入 防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较防止人体
39、（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较大尺寸（直径大于大尺寸（直径大于大尺寸（直径大于大尺寸（直径大于50mm50mm50mm50mm）的外物侵入。）的外物侵入。）的外物侵入。）的外物侵入。 2 2 2 2 防止大于防止大于防止大于防止大于12mm12mm12mm12mm的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入 防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径
40、大防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大12mm12mm12mm12mm）的外物侵入。）的外物侵入。）的外物侵入。）的外物侵入。 3 3 3 3 防止大于防止大于防止大于防止大于2.5mm2.5mm2.5mm2.5mm的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入 防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于2.5mm2.5mm2.5mm2.5mm的工具、电线的工具、电线的工具、电线的工具、电线 或类似的细节小外或类似的细节小外或类似的细节小外或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。物侵入而接触到灯具内部的零件。物侵入而接触到灯具内部的
41、零件。物侵入而接触到灯具内部的零件。 4 4 4 4 防止大于防止大于防止大于防止大于1.0mm 1.0mm 1.0mm 1.0mm 的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入的固体物体侵入 防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于1.0mm1.0mm1.0mm1.0mm的工具、电线或类似的细节小外的工具、电线或类似的细节小外的工具、电线或类似的细节小外的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。物侵入而接触到灯具内部的零件。物侵入而接触到灯具内部的零件。物侵入而接触到灯具内部的零件。 5 5 5 5 防尘防尘防尘防尘 完全防止外物侵入，虽不能完全
42、防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作。工作。工作。工作。 6 6 6 6 防尘防尘防尘防尘 完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。 表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度表二：第二
43、个标示特性号码（数字）所指的防护程度表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度 0 0 0 0 没有防护没有防护没有防护没有防护 没有防护。没有防护。没有防护。没有防护。 1 1 1 1 防止滴水侵入防止滴水侵入防止滴水侵入防止滴水侵入 垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。 2 2 2 2 倾斜倾斜倾斜倾斜15151515度时仍可防止滴水侵入度时仍可防止滴水侵入度时仍可防止滴水侵入度时仍可防止滴水侵入 当灯具由垂直倾斜至当灯具由
44、垂直倾斜至当灯具由垂直倾斜至当灯具由垂直倾斜至15151515度时，滴水对灯具不会造成有害影响。度时，滴水对灯具不会造成有害影响。度时，滴水对灯具不会造成有害影响。度时，滴水对灯具不会造成有害影响。 3 3 3 3 防止喷洒的水侵入防止喷洒的水侵入防止喷洒的水侵入防止喷洒的水侵入 防雨，或防止与垂直的夹角小于防雨，或防止与垂直的夹角小于防雨，或防止与垂直的夹角小于防雨，或防止与垂直的夹角小于60606060度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。 4 4 4 4 防止飞溅的水侵入防止飞溅的水
45、侵入防止飞溅的水侵入防止飞溅的水侵入 防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。 5 5 5 5 防止喷射的水侵入防止喷射的水侵入防止喷射的水侵入防止喷射的水侵入 防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。 6 6 6 6 防止大浪的侵入防止大浪的侵入防止大浪的侵入防止大浪的侵入 装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。装设于
46、甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。 7 7 7 7 防止浸水时水的侵入防止浸水时水的侵入防止浸水时水的侵入防止浸水时水的侵入 灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。损坏。损坏。损坏。 8 8 8 8 防止沉没时水的侵入防止沉没时水的侵入防止沉没时水的侵入防止沉没时水的
47、侵入 灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。 2021/6/719现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接工业以太网物理连接工业以太网物理连接工业以太网物理连接工业以太网物理连接2021/6/720现场总线现场总线5.2 5.2 以太网的物
48、理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接双绞线中电线的功能分配双绞线中电线的功能分配2021/6/721现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接具有不同类型接口的网卡具有不同类型接口的网卡 2021/6/722现场总线现场总线 5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业
49、以太网工业以太网一、以太网的物理连接一、以太网的物理连接现场工业以太网交换机现场工业以太网交换机 2021/6/723现场总线现场总线5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网二、以太网的帧结构二、以太网的帧结构IEEE802.3标准具体定义了以太网数据帧的封装格标准具体定义了以太网数据帧的封装格式，如图所示。式，如图所示。前导码前导码前导码前导码 帧前定界码帧前定界码帧前定界码帧前定界码 目的目的目的目的MAC MAC 源源源源MAC MAC 类型类型类型类型 数据数据数据数据 CRCCRC7 7字节字
50、节字节字节1 1字节字节字节字节6 6字节字节字节字节6 6字节字节字节字节2 2字节字节字节字节46-150046-1500字节字节字节字节4 4字节字节字节字节G(x)=xG(x)=x3232+x+x2626+x+x2323+x+x2222+x+x1616+x+x1212+x+x1111+x+x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1CRC-32 :CRC-32 :2021/6/724现场总线现场总线以太网的帧结构与封装过程以太网的帧结构与封装过程三、三、以太网的通信帧结构与工业数据封装以太网的通信帧结构与工业数据封装2021/6/72
51、5现场总线现场总线5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网三、三、以太网的通信帧结构与工业数据封装以太网的通信帧结构与工业数据封装TCP/IP封装的工业控制数据包封装的工业控制数据包2021/6/726现场总线现场总线5.2 5.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构工业以太网工业以太网三、三、以太网的通信帧结构与工业数据封装以太网的通信帧结构与工业数据封装 工业以太网中通常利用工业以太网中通常利用工业以太网中通常利用工业以太网中通常利用TC
52、P/IPTCP/IP协议来发送非实时数据，而用协议来发送非实时数据，而用协议来发送非实时数据，而用协议来发送非实时数据，而用UDP/IPUDP/IP来发送实时数据。来发送实时数据。来发送实时数据。来发送实时数据。 非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。实时数据的特点是数据包短，需要定时或周期性通信。实时数据的特点是数据包短，需要定时或周期性通信。实时数据的特点是数据包短，需要定时或周期性通信。实时数据的特点是数
53、据包短，需要定时或周期性通信。 TCP/IPTCP/IP一般用来一般用来一般用来一般用来传输组态和诊断信息传输组态和诊断信息传输组态和诊断信息传输组态和诊断信息，UDP/IPUDP/IP用来用来用来用来传输实时传输实时传输实时传输实时I/OI/O数据数据数据数据。 现场总线控制网络与以太网结合现场总线控制网络与以太网结合现场总线控制网络与以太网结合现场总线控制网络与以太网结合，用以太网作为现场总线上层，用以太网作为现场总线上层，用以太网作为现场总线上层，用以太网作为现场总线上层( (高速高速高速高速) ) 网段的场合，通常会采用网段的场合，通常会采用网段的场合，通常会采用网段的场合，通常会采用
54、TCP/IPTCP/IP和和和和UDP/IPUDP/IP协议来包装现场协议来包装现场协议来包装现场协议来包装现场总线数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，总线数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，总线数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，总线数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，或异地的另一现场总线网段上。或异地的另一现场总线网段上。或异地的另一现场总线网段上。或异地的另一现场总线网段上。2021/6/727现场总线现场总线 5.3 TCP/IP 5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网一、一、TCP/IP
55、协议组协议组二、二、IP协议协议三、三、用户数据报协议用户数据报协议UDP四、四、传输控制协议传输控制协议TCP五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMP2021/6/728现场总线现场总线6.3 TCP/IP6.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组一、一、TCP/IP协议组协议组SMTPSMTP DNS DNSSNMPSNMPSNTPSNTP2021/6/729现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网二、二、IP协议协议IP数据报的格式数据报的格式2021/6/730现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP
56、协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网二、二、IP协议协议IPv6IPv6 IPv6IPv6是互联网协议第是互联网协议第是互联网协议第是互联网协议第6 6版版版版“ “Internet Protocol Version 6Internet Protocol Version 6” ”的缩的缩的缩的缩写。写。写。写。IPv6IPv6是是是是IETFIETF（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议IPIP第第第第4 4版（版（版（版（IP v4IP v4）而推
57、出的下一代协议版本。）而推出的下一代协议版本。）而推出的下一代协议版本。）而推出的下一代协议版本。 IPv4IPv4已有差不多已有差不多已有差不多已有差不多2020年历史，年历史，年历史，年历史，IPv4IPv4地址空间越来越少，所有需要地址空间越来越少，所有需要地址空间越来越少，所有需要地址空间越来越少，所有需要加入互联网的新设备需要更大的地址空间。加入互联网的新设备需要更大的地址空间。加入互联网的新设备需要更大的地址空间。加入互联网的新设备需要更大的地址空间。IPv6IPv6将将将将IPIP地址从地址从地址从地址从3232位扩充为位扩充为位扩充为位扩充为128128位之后，据称能为地球上每
58、一个沙位之后，据称能为地球上每一个沙位之后，据称能为地球上每一个沙位之后，据称能为地球上每一个沙粒配备一个唯一的粒配备一个唯一的粒配备一个唯一的粒配备一个唯一的IPIP地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控制网络中的设备制网络中的设备制网络中的设备制网络中的设备各自提供一个全球唯一的各自提供一个全球唯一的各自提供一个全球唯一的各自提供一个全球唯一的IPIP地址地址地址地址提供了可能，这为提供了可能，这为提供了可能，这为提供了可能，这为控制网络的技术发展添加了新的活力控制网络
59、的技术发展添加了新的活力控制网络的技术发展添加了新的活力控制网络的技术发展添加了新的活力。2021/6/731现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网三、用户数据报协议三、用户数据报协议UDP 用户数据报协议用户数据报协议用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP是一个是一个是一个是一个无连接无连接无连接无连接的端到端的传输层协的端到端的传输层协的端到端的传输层协的端到端的传输层协议，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校验和以及长度议，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校验和以及长度议，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校验和以及长度议
60、，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校验和以及长度信息，信息，信息，信息，UDPUDP所产生的包称为用户数据报。所产生的包称为用户数据报。所产生的包称为用户数据报。所产生的包称为用户数据报。 UDPUDP的报文格式的报文格式的报文格式的报文格式2021/6/732现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网四、传输控制协议四、传输控制协议TCP传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。 TCPTCP是一个可靠的是一个可靠的
61、是一个可靠的是一个可靠的面向连接面向连接面向连接面向连接的端到端协议。通信两端在传输数的端到端协议。通信两端在传输数的端到端协议。通信两端在传输数的端到端协议。通信两端在传输数据之前必须先建立连接。据之前必须先建立连接。据之前必须先建立连接。据之前必须先建立连接。 TCPTCP通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条虚电路虚电路虚电路虚电路，这条虚电路在整个传输过程中都是有效的。这条虚电路在整个传输过程中都是有效的。这条虚电路在整个传输过程中都是有效的。这条虚
62、电路在整个传输过程中都是有效的。 TCPTCP通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连接中断来结束连接。接中断来结束连接。接中断来结束连接。接中断来结束连接。 通过这种方法，使接收者知道这是一次完整的传输过程，而不通过这种方法，使接收者知道这是一次完整的传输过程，而不通过这种方法，使接收者知道这是一次完整的传输过程，而不通过这种方法，使接收者知道这是一次完整的传输过程，而不仅仅是一个包。仅仅是一个包。仅仅是一个包。仅仅是一个包。2021
63、/6/733现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网四、传输控制协议四、传输控制协议TCPTCPTCP的报文格式的报文格式的报文格式的报文格式2021/6/734现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMPSNMP(Simple Network Management Protocol)SNMP(Simple Network Management Protocol)属于应用层协议。属于应用层协议。属于应用层协议。属于应用层协议。 管理
64、程序和代理程序按客户服务器方式工作。管理程序和代理程序按客户服务器方式工作。管理程序和代理程序按客户服务器方式工作。管理程序和代理程序按客户服务器方式工作。 管理程序运行管理程序运行管理程序运行管理程序运行 SNMP SNMP 客户程序，向某个代理程序发出请求（或客户程序，向某个代理程序发出请求（或客户程序，向某个代理程序发出请求（或客户程序，向某个代理程序发出请求（或命令），代理程序运行命令），代理程序运行命令），代理程序运行命令），代理程序运行 SNMP SNMP 服务器程序，返回响应（或执行某服务器程序，返回响应（或执行某服务器程序，返回响应（或执行某服务器程序，返回响应（或执行某个动作
65、）。个动作）。个动作）。个动作）。 在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服务器程序进行交互。务器程序进行交互。务器程序进行交互。务器程序进行交互。 在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的SNMPSNMP，实现不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成实现
66、不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成实现不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成实现不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成。2021/6/735现场总线现场总线5.3 TCP/IP5.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组工业以太网工业以太网五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMP网络管理的一般模型网络管理的一般模型 管理站管理站管理站管理站因特网因特网因特网因特网网络网络网络网络管理员管理员管理员管理员 被管设备被管设备被管设备被管设备 管理程序（运行管理程序（运行管理程序（运行管理程序（运行 SNMP SNMP 客户程序）客户程序）客户程序）客户程序） 代理程序（运行代理程
67、序（运行代理程序（运行代理程序（运行 SNMP SNMP 服务器程序）服务器程序）服务器程序）服务器程序）A AA AA AA AMM 被管设备被管设备被管设备被管设备 被管设备被管设备被管设备被管设备 被管设备被管设备被管设备被管设备MMA AA A 被管设备被管设备被管设备被管设备网管协议网管协议网管协议网管协议2021/6/736现场总线现场总线几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较2021/6/737现场总线现场总线 5.4 5.4
68、典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网一、一、Ethernet/IP二、二、Modbus TCP/IP2021/6/738现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网UDPUDPARPARPIPIPRARPRARPICMPICMPOSPFOSPFTCPTCPFTPFTPHTTPHTTPBOOTPBOOTPDHCPDHCPOPCOPCSNMPSNMPIGMPIGMPIGRPIGRPUpper LayersUpper Layers(Session, (Session, Presen
69、tation, Presentation, Application, Application, Device Profiles)Device Profiles)Data Link & Data Link & Physical LayersPhysical LayersNetwork LayerNetwork LayerTransport LayerTransport LayerExplicitExplicitMessagingMessagingReal-timeReal-timeI/OI/O ControlControlEtherNet/IP =EtherNet/IP =标准标准标准标准TCP
70、/IPTCP/IP以太网以太网以太网以太网+ CIP+ CIPEthernet/IPEthernet/IP实时以太网实时以太网实时以太网实时以太网一、一、Ethernet/IP2021/6/739现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网CIPCIP包含了各种工业实时控制需要的包含了各种工业实时控制需要的包含了各种工业实时控制需要的包含了各种工业实时控制需要的服务和行规服务和行规服务和行规服务和行规 (Profiles);(Profiles);CIPCIP将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区
71、别对待。将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。通用工业协议通用工业协议通用工业协议通用工业协议CIPCIP （C Common ommon I Industrial ndustrial P Protocolrotocol）设备应设备应设备应设备应用描述用描述用描述用描述App App ProfilesProfilesLay 7Lay 7应用层应用层应用层应用层2021/6/740现场总线现场总线 由于交换机基于队
72、列由于交换机基于队列由于交换机基于队列由于交换机基于队列和存储转发机制，在网和存储转发机制，在网和存储转发机制，在网和存储转发机制，在网络负载较大的情况下，络负载较大的情况下，络负载较大的情况下，络负载较大的情况下，每个数据包的延迟时间每个数据包的延迟时间每个数据包的延迟时间每个数据包的延迟时间是不等的，这样计算出是不等的，这样计算出是不等的，这样计算出是不等的，这样计算出的时间同步精度不高。的时间同步精度不高。的时间同步精度不高。的时间同步精度不高。 当采用当采用当采用当采用IEEE1588IEEE1588边边边边界时钟，由于是点点界时钟，由于是点点界时钟，由于是点点界时钟，由于是点点连接，
73、主时钟和从时钟连接，主时钟和从时钟连接，主时钟和从时钟连接，主时钟和从时钟之间几乎没有延迟时间之间几乎没有延迟时间之间几乎没有延迟时间之间几乎没有延迟时间抖动，而且与交换机的抖动，而且与交换机的抖动，而且与交换机的抖动，而且与交换机的内部队列延迟、抖动和内部队列延迟、抖动和内部队列延迟、抖动和内部队列延迟、抖动和时间的传输方向无关。时间的传输方向无关。时间的传输方向无关。时间的传输方向无关。结合结合结合结合CIP SyncCIP Sync（基于（基于（基于（基于 IEEE-1588IEEE-1588技术）技术）技术）技术）EtherNet/IPEtherNet/IP实实实实现现现现+-100n
74、s+-100ns高精度时间同步高精度时间同步高精度时间同步高精度时间同步 Ethernet/IP2021/6/741现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、Modbus TCP 19791979年年年年ModiconModicon公司公司公司公司( (现现现现Schneider Schneider 的一部分的一部分的一部分的一部分) )提出提出提出提出的的的的ModbusModbus。 ModbusModbus最初作为工业串行链路的事实标准。最初作为工业串行链路的事实标准。最初作为工业串行链路的事实标准。最初作
75、为工业串行链路的事实标准。 19971997年年年年SchneiderSchneider电气在电气在电气在电气在TCP/IPTCP/IP上实现上实现上实现上实现ModbusModbus协协协协议议议议。 20042004年年年年ModbusModbus作为我国国家标准。作为我国国家标准。作为我国国家标准。作为我国国家标准。2021/6/742现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCP Modbus协议规范协议规范2021/6/743现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以
76、太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCP ModbusModbus是一种简单是一种简单是一种简单是一种简单客户机客户机客户机客户机/ /服务器服务器服务器服务器应用协议。应用协议。应用协议。应用协议。客户机能够向服务器发送请求。客户机能够向服务器发送请求。客户机能够向服务器发送请求。客户机能够向服务器发送请求。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。2021/6/744现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太
77、网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCP 通用通用通用通用ModbusModbus帧结构协议数据单元帧结构协议数据单元帧结构协议数据单元帧结构协议数据单元 (PDU)(PDU)ModbusModbus是一个可选择部分使用的协议是一个可选择部分使用的协议是一个可选择部分使用的协议是一个可选择部分使用的协议 ：服务器可执行部分服务器可执行部分服务器可执行部分服务器可执行部分ModbusModbus协议。协议。协议。协议。ModbusModbus由公共功能码和用户定义的功能码组成。由公共功能码和用户定义的功能码组成。由公共功能码和用户定义的
78、功能码组成。由公共功能码和用户定义的功能码组成。ModbusModbus应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器上进行远程处理。应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器上进行远程处理。应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器上进行远程处理。应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器上进行远程处理。读读读读/ /写寄存器列表，读写寄存器列表，读写寄存器列表，读写寄存器列表，读/ /写比特列表。写比特列表。写比特列表。写比特列表。诊断，标识。诊断，标识。诊断，标识。诊断，标识。2021/6/745现场总线现场总线 5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太
79、网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCP ModbusModbus的的的的数据模型数据模型数据模型数据模型是以一组具有不同特征的表为基础建立的是以一组具有不同特征的表为基础建立的是以一组具有不同特征的表为基础建立的是以一组具有不同特征的表为基础建立的。四个基本表为：四个基本表为：四个基本表为：四个基本表为：基本表基本表基本表基本表对象类型对象类型对象类型对象类型访问类型访问类型访问类型访问类型注释注释注释注释离散量输入离散量输入离散量输入离散量输入单个位单个位单个位单个位只读只读只读只读I/OI/O系统可提供这种类型数据系统可提供这种类型数据系统可提
80、供这种类型数据系统可提供这种类型数据线圈线圈线圈线圈单个位单个位单个位单个位读写读写读写读写通通通通过过过过应应应应用用用用程程程程序序序序可可可可改改改改变变变变这这这这种种种种类类类类型型型型数据数据数据数据输入寄存器输入寄存器输入寄存器输入寄存器1616位字位字位字位字只读只读只读只读I/OI/O系统可提供这种类型数据系统可提供这种类型数据系统可提供这种类型数据系统可提供这种类型数据保持寄存器保持寄存器保持寄存器保持寄存器1616位字位字位字位字读写读写读写读写通通通通过过过过应应应应用用用用程程程程序序序序可可可可改改改改变变变变这这这这种种种种类类类类型型型型数据数据数据数据2021
81、/6/746现场总线现场总线5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCPModbus TCP/IPModbus TCP/IP是一种是一种是一种是一种互联网协议互联网协议互联网协议互联网协议 。Modbus/TCPModbus/TCP主要是以一种简单的方式将主要是以一种简单的方式将主要是以一种简单的方式将主要是以一种简单的方式将ModbusModbus框架嵌入到框架嵌入到框架嵌入到框架嵌入到TCPTCP结构中。结构中。结构中。结构中。MODBUS/TCP MODBUS/TCP 协议已经成为一种（实际的）自动化标
82、准。协议已经成为一种（实际的）自动化标准。协议已经成为一种（实际的）自动化标准。协议已经成为一种（实际的）自动化标准。2021/6/747现场总线现场总线 5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网用户应用用户应用用户应用用户应用通讯通讯通讯通讯应用层应用层应用层应用层MODBUSMODBUS客户接口客户接口客户接口客户接口MODBUSMODBUS客户接口客户接口客户接口客户接口MODBUSMODBUS客户机客户机客户机客户机MODBUSMODBUS服务器服务器服务器服务器TCPTCPTCPTCP管理层管理层管理层管理层栈参数化栈参数化
83、栈参数化栈参数化连接管理连接管理连接管理连接管理访问控制访问控制访问控制访问控制TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP栈栈栈栈资资资资源源源源管管管管理理理理与与与与流流流流量量量量控控控控制制制制ModbusModbus报文传输服务结构报文传输服务结构报文传输服务结构报文传输服务结构2021/6/748现场总线现场总线 5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网工业以太网二、二、 Modbus TCPMODBUS/TCP MODBUS/TCP 可以采用单一的连接方式，要求支持多个独立的可以采用单一的连接方式，要求支持多个独立的可以采用
84、单一的连接方式，要求支持多个独立的可以采用单一的连接方式，要求支持多个独立的事务处理。事务处理。事务处理。事务处理。TCP TCP 允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接MODBUS/TCPMODBUS/TCP请求通过请求通过请求通过请求通过TCPTCP从端口从端口从端口从端口502 502 发出。发出。发出。发出。2021/6/749现场总线现场总线 5.4 5.4 典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网典型的工业以太网工业以太网
85、工业以太网二、二、 Modbus TCP2021/6/750现场总线现场总线本章思考题本章思考题本章思考题本章思考题工业以太网工业以太网一、一、简述工业以太网的特色技术。简述工业以太网的特色技术。二、二、工业以太网通信非确定性的缓解措施工业以太网通信非确定性的缓解措施有哪几种？有哪几种？三、三、简述简述TCP/IP和和UDP/IP的区别以及它们在工的区别以及它们在工业以太网通信中的作用。业以太网通信中的作用。四、举出几种实时以太网的通信参考模型。四、举出几种实时以太网的通信参考模型。2021/6/751现场总线现场总线2021/6/752现场总线现场总线部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
