各類工業(yè)總線對比

1、各類工業(yè)總線對比EtherCAT （以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)）是一個以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開放架構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，EterCAT 名稱中的CAT 為 ControlAutomation Technology （控制自動化技術(shù)）首字母的縮寫。最初由德國倍福自動化有限公司（Beckhoff AutomationGmbH） 研發(fā)。 EtherCAT 為系統(tǒng)的實時性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時， 它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用成本。 EtherCAT 的特點還包括高精度設(shè)備同步，可選線纜冗余，和功能性安全協(xié)議（SIL3） 。EtherCAT EtherCAT 技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通

2、過該項技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個設(shè)備。EtherCAT 從站設(shè)備在報文經(jīng)過其節(jié)點時處理以太網(wǎng)幀：嵌入在每個從站中的FMMU （現(xiàn)場總線存儲管理單元）在幀經(jīng)過該節(jié)點時讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，并同時將報文傳輸?shù)较乱粋€設(shè)備。同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報文經(jīng)過時插入至報文中。整個過程中，報文只有幾納秒的時間延遲。主站方面也非常經(jīng)濟，商用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡（NIC ）或任何主板集成的以太網(wǎng)控制器可以用作硬件接口。這些接口的共性就是數(shù)據(jù)通過DMA （直接內(nèi)存讀?。﹤鬏斨罰C，即網(wǎng)絡(luò)讀取時無需占用CPU 資源。 協(xié)議 EtherCAT 協(xié)議在以太網(wǎng)幀內(nèi)采用官方指定的以太類型。采用這種以太

3、類型即可允許在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳輸控制數(shù)據(jù)，而無需重新定義標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀。該以太網(wǎng)幀可由多種子報文組成，每個子報文服務(wù)于邏輯過程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)，該區(qū)域最大可達4GB。數(shù)據(jù)序列是獨立于物理順序的，所以以太網(wǎng)端子模塊的編址可以隨意排序。從站之間的廣播，多播和通訊也可得以實現(xiàn)。當(dāng) EtherCAT 組件與主站控制器運行在同一個子網(wǎng)，或者在控制軟件直接讀取以太網(wǎng)控制器時，可以使用以太網(wǎng)幀直接傳輸數(shù)據(jù)。 然而， EtherCAT 不僅限于單個子網(wǎng)的應(yīng)用。EtherCAT UDP 將 EtherCAT 協(xié)議封裝為UDP /IP 數(shù)據(jù)報文，這就意味著，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT 系統(tǒng)

4、之中，甚至通訊還可以通過路由器 跨接到其它子網(wǎng)中。在這種情況下，系統(tǒng)性能顯然取決于控制器及其以太網(wǎng)協(xié)議的實時性能。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)本身的響應(yīng)時間幾乎不受影響：UDP 數(shù)據(jù)幀只需要在第一個站點解包。性能 EtherCAT 使網(wǎng)絡(luò)性能達到了一個新高度。借助于從站節(jié)點中的FMMU 和網(wǎng)絡(luò)控制器主站的直接內(nèi)存存取，協(xié)議的處理過程完全在硬件中完成。整個協(xié)議的處理過程都在硬件中得以實現(xiàn)，因此， 完全獨立于協(xié)議堆棧的實時運行系統(tǒng)、CPU 性能或軟件實現(xiàn)方式。1000 個 I/O 的更新時間只需30 s。單個以太網(wǎng)幀最多可進行1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當(dāng)于12000 個數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些

5、數(shù)據(jù)耗時僅為300 s. 100 個伺服軸的通訊也僅為100s 。在此期間，系統(tǒng)更新帶有命令值和控制數(shù)據(jù)的所有軸的實際位置及狀態(tài)，分布時鐘技術(shù)使軸的同步偏差小于1 微秒。而即使是在保證這種性能的情況下，帶寬仍足以實現(xiàn)異步通訊，如TCP/IP 、下載參數(shù)或上載診斷數(shù)據(jù)。超高性能的EtherCAT 技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無法迄及的控制理念。例如，以太網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)在不僅可以處理速度控制，也可用于分布式驅(qū)動的電流控制。巨大的帶寬可以實現(xiàn)每個數(shù)據(jù)信息與其狀態(tài)信息同時傳輸。EtherCAT 使通訊技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)PC 所具有的超強計算能力相適應(yīng)，總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸，分布式I/O 可能比大多數(shù)本

6、地I/O 接口運行速度更快。EtherCAT 取代PCI 由于主板集成了以太網(wǎng)卡，用于接口卡的插槽不再是必要條件。隨著PC 組件急劇向小型化經(jīng)濟化方向發(fā)展，工業(yè)PC 的體積日趨取決于插槽的數(shù)目。而快速以太網(wǎng)的帶寬和EtherCAT 通訊硬件的過程數(shù)據(jù)長度則為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的可能性：IPC 中的傳統(tǒng)接口現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧傻腅therCAT 接口端子。除了可以對分布式I/O 進行編址，還可以對驅(qū)動和控制單元以及現(xiàn)場總線主站、快速串行接口、網(wǎng)關(guān)和其它通訊接口等復(fù)合系統(tǒng)進行編址。即使是其他無協(xié)議限制的以太網(wǎng)設(shè)備變體，也可以通過分布式交換機端口設(shè)備進行連接。由于一個以太網(wǎng)接口足以滿足整個外圍設(shè)備的

7、通訊要求，因此， 這不僅極大地精簡了IPC主機的體積，而且也降低了IPC 主機的成本。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)EtherCAT 幾乎支持任何拓?fù)漕愋?，包括線型、樹型、星型等。通過現(xiàn)場總線而得名的總線結(jié)構(gòu)或線型結(jié)構(gòu)也可用于以太網(wǎng)，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線器的數(shù)量。最有效的系統(tǒng)連線方法是線型、分支或樹叉結(jié)構(gòu)的組合拓?fù)洹Ｒ驗樗杞涌谠贗/O 模塊等很多設(shè)備中都已存在，所以無需附加交換機。當(dāng)然， 仍然可以使用傳統(tǒng)的、基于以太網(wǎng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。還可以選擇不同的電纜以提升連線的靈活性：靈活、經(jīng)濟的標(biāo)準(zhǔn)超五類以太網(wǎng)電纜可采用100BASE-TX 模式或 E-Bus （ LVDS ）傳送信號。塑封光纖（PFO）則可用于特

8、殊應(yīng)用場合。還可通過交換機或介質(zhì)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)不同以太網(wǎng)連線（如：不同的光纖和銅電纜）的完整組合。根據(jù)對距離的要求，可選擇快速以太網(wǎng)的物理層或 E-bus 作為物理介質(zhì)?？焖僖蕴W(wǎng)物理層允許兩個設(shè)備之間的最大電纜長度為100 米，而 E-Bus可連接最大距離為10 米。由于連接的設(shè)備數(shù)量可高達65535 ，因此，網(wǎng)絡(luò)的容量幾乎沒有限制。分布時鐘 精確同步對于同時動作的分布式過程而言尤為重要。例如， 幾個伺服軸同時執(zhí)行協(xié)調(diào)運動時，便是如此。最有效的同步方法是精確排列分布時鐘（請參閱IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn) 6 ）。與完全同步通訊中通訊出現(xiàn)故障會立刻影響同步品質(zhì)的情況相比，分布排列的時鐘對于通訊系統(tǒng)中

9、可能存在的相關(guān)故障延遲具有極好的容錯性。 采用 EtherCAT ，數(shù)據(jù)交換就完全基于“父”“子”時鐘的純硬件機制。由于通訊采用了邏輯環(huán)結(jié)構(gòu)（借助于全雙工快速以太網(wǎng)的物理層），主站時鐘可以簡單、精確地確定各個從站時鐘傳播的延遲偏移。分布時鐘均基于該值進行調(diào)整，這意味著可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用非常精確的、小于1 微秒的、確定性的同步誤差時間基。此外， 高分辨率的分布時鐘不僅可以用于同步，還可以提供數(shù)據(jù)采集的本地時間精確信息。當(dāng)采樣時間非常短暫時，即使是出現(xiàn)一個很小的位置測量瞬時同步偏差，也會導(dǎo)致速度計算出現(xiàn)較大的階躍變化，例如，運動控制器通過順序檢測的位置計算速度便是如此。而在EtherCAT 中，

10、引入時間戳數(shù)據(jù)類型作為一個邏輯擴展，以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬使得高分辨率的系統(tǒng)時間得以與測量值進行鏈接。這樣，速度的精確計算就不再受到通訊系統(tǒng)的同步誤差值影響，其精度要高于基于自由同步誤差的通訊測量技術(shù)。熱連接 熱連接功能能夠使網(wǎng)絡(luò)的各部分相連，并且解耦或重新自由配置；所提供的靈活響應(yīng)特性，改變了很多應(yīng)用需要在運行時變更I/O 配置的需求。例如，具備變更特性的處理中心，裝備傳感器的工具系統(tǒng)，或者智能化的傳輸設(shè)備，靈活的工件執(zhí)行器等。EtherCAT 系統(tǒng)考慮到了這些需求：任意配置。EtherCAT功能安全傳統(tǒng)上， 安全功能是獨立于自動化網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，使用專用硬件或?qū)ｉT的安全總線系統(tǒng)。EtherCA

11、T安全功能使安全相關(guān)通信和控制通信可以在同一網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。安全協(xié)議基于EtherCAT 應(yīng)用層，而不會影響底層運行。它由IEC61508 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，并滿足整體安全等級（SIL） 3。數(shù)據(jù)長度是可變的，所以可以用于安全 I/O 和安全伺服驅(qū)動技術(shù)。和其它EtherCAT 數(shù)據(jù)相同，安全數(shù)據(jù)可以不使用安全路由器或網(wǎng)關(guān)傳輸。 完全符合EtherCAT 功能安全認(rèn)證的產(chǎn)品已經(jīng)上市。Safety over EtherCAT 協(xié)議符合IEC 61748-3 標(biāo)準(zhǔn)中的 FSCP 12 （功能安全通訊設(shè)備行規(guī)）。開放性 EtherCAT 技術(shù)是完全兼容以太網(wǎng)并真正開放的。該協(xié)議可與其他提供各種服務(wù)的以太網(wǎng)協(xié)議并

12、存，并且所有的協(xié)議都并存于同一物理介質(zhì)中通常只會對整個網(wǎng)絡(luò)性能有很小程度的影響。標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備可通過集線器端子連接至一個EtherCAT 系統(tǒng)，該端子并不會影響循環(huán)時間。配備傳統(tǒng)現(xiàn)場總線接口的設(shè)備可通過EtherCAT 現(xiàn)場總線主站端子的連接集成到網(wǎng)絡(luò)中。UDP 協(xié)議變體允許設(shè)備整合于任何插槽接口中。EtherCAT 技術(shù)組確保每個感興趣的組織可以實施并使用該項網(wǎng)絡(luò)。EtherCAT 協(xié)議將在作出最后的技術(shù)規(guī)范后發(fā)布Ethernet/IP 是一個面向工業(yè)自動化應(yīng)用的工業(yè)應(yīng)用層 協(xié)議。它建立在標(biāo)準(zhǔn)UDP/IP 與 TCP/IP 協(xié)議之上，利用固定的以太網(wǎng)硬件和軟件，為配置、訪問和控制工業(yè)自動化

13、設(shè)備定義了一個 應(yīng)用層 協(xié)議西蒙公司開發(fā)PROFINET 由 PROFIBUS 國際組織（PROFIBUS International ， PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，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)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點話題，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（如 PROFIBUS ）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。PROFINET 是適用于不同需求的完整解決方案，其功能包括8 個主要的模塊，依次為實時通信、分布式現(xiàn)場

14、設(shè)備、運動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT 標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和 過程自動化。MODBUS/TCP 是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設(shè)備的MODBUS 系列通訊協(xié)議的派生產(chǎn)品。顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP 協(xié)議的 “ Intranet和 ”“ Internet環(huán)境中 ” MODBUS 報文的用途。協(xié)議的最通用用途是為諸如PLCs ， I/O 模塊，以及連接其它簡單域總線或 I/O 模塊的網(wǎng)關(guān)服務(wù)的。 MODBUS/TCP 協(xié)議是作為一種（實際的）自動化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行的。既然MODBUS 已經(jīng)廣為人知，該規(guī)范只將別處沒有收錄的少量信息列入其中。然而，本規(guī)范力圖闡明MODBUS 中

15、哪種功能對于普通自動化設(shè)備的互用性有價值，哪些部分是MODBUS 作為可編程的協(xié)議交替用于PLCs 的 “多余部分”。它通過將配套報文類型“一致性等級 ”，區(qū)別那些普遍適用的和可選的，特別是那些適用于特殊設(shè)備如PLCs 的報文。POWERLINK=CANopen+Ethernet 鑒 于以太網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和CANopen 在自動化領(lǐng)域里的廣闊應(yīng)用基礎(chǔ)，EthernetPOWERLINK 融合了這兩項技術(shù)的優(yōu)點和缺點，即擁有了Ethernet 的高速、開放性接口，以及CANopen 在工業(yè)領(lǐng)域良好的SDO 和 PDO 數(shù)據(jù)定義，在某種意義上說POWERLINK 就是 Ethernet 上的 CAN

16、open ， 物理層 、 數(shù)據(jù)鏈路層使用了 Ethernet 介質(zhì)，而應(yīng)用層 則保留了原有的SDO 和 PDO 對象字典的結(jié)構(gòu)雖然這些工業(yè)以太網(wǎng)都是國際標(biāo)準(zhǔn)，但是指的是IEC 61784 里的標(biāo)準(zhǔn)，但是這些工業(yè)以太網(wǎng)不都是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)。即這些工業(yè)以太網(wǎng)并不都是符合IEEE802.3U 的標(biāo)準(zhǔn)， 這當(dāng)中只有Modbus-TCP 和 EtherNet/IP 是符合 IEEE802.3U 的， 只有符合IEEE802.3U 標(biāo)準(zhǔn)的，才能與 IT 和以太網(wǎng)將來的發(fā)展相兼容。而不符合IEEE802.3U 標(biāo)準(zhǔn)的，基本上可以講不是以太網(wǎng)，它們都對以太網(wǎng)進行了修改，或者是硬件或者是軟件，已經(jīng)不是以太網(wǎng)了。

17、TOC o 1-5 h z 各種工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別其實主要就是協(xié)議的區(qū)別，其中最主要的還是應(yīng)用層協(xié)議的區(qū)別， 我們知道，按照ISO 的參考模型，網(wǎng)絡(luò)被劃分為7 層。Modbus TCP 和 EtherNet/IP 的區(qū)別主要是應(yīng)用層不相同， ModbusTCP 的應(yīng)用層采用Modbus 協(xié)議，而EtherNet/IP 采用 CIP 協(xié)議，這兩種工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層采用的是CSMA/CD ，因此是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，另外，這兩種工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用TCP/IP協(xié)議族。還有一個區(qū)別是，Modbus 協(xié)議中迄今沒有協(xié)議來完成功能安全、高精度同步和運功控制等，而EtherNet/IP 有 CIPS

18、afety 、 CIP Sync 和 CIP Motion 來完成上述功能，所以才有 Schneider 加入 ODVA， 成為 ODVA 的核心成員來推廣EtherNet/IP 。 由于這兩種網(wǎng)絡(luò)都是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 以太網(wǎng)，所以所有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)節(jié)點都可以接入這兩種網(wǎng)絡(luò)。b. 至于 EthernetPowerLink（EPL）, Ethernet PowerLink 就是個怪胎，PowerLink 雖然在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層還是采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，但是它又添加了另一個數(shù)據(jù)鏈路層，此EPL 數(shù)據(jù)鏈路層在結(jié)構(gòu)上為于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層之上。我們知道數(shù)據(jù)鏈路層的一個子層的MAC（介質(zhì)訪問）層的作用是col

19、or=#FF0000 決定哪一個節(jié)點可以占有總線，也即決定哪個節(jié)點一個發(fā)送數(shù)據(jù)/color 。 所以本來由以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層來決定哪一個節(jié)點占用總線，現(xiàn)在它被位于它之上的EPL 數(shù)據(jù)鏈路層給架空了，由這個 EPL 數(shù)據(jù)鏈路層通過軟件的方式來決定哪個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。所有在這樣的一個EPL 工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，不能使用交換機，只能使用 HUB，所以對100M 的網(wǎng)絡(luò)，EPL 總的帶寬是小于100m, 一盤情況下只有40 50M ，而如果采用交換機的工業(yè)以太網(wǎng)，它的帶寬可以達到大幾百M,另外在 EPL 網(wǎng)絡(luò)上，所有的節(jié)點都要實現(xiàn)EPL 數(shù)據(jù)鏈路。沒有實現(xiàn)EPL 數(shù)據(jù)鏈路層的節(jié)點不能接入此網(wǎng)絡(luò)。PROFI

20、NET 分為原來劃分為v1,v2,v3 ，現(xiàn)在一般稱為ProfiNetCBA 、 ProfiNet IO 和 ProfiNet IRT. 也就是通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)對等通訊、實時控制和運動控制。v1 采用 TCP/IP 協(xié)議，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，而V2 和 V3 不采用 tcp/ip 協(xié)議，這兩種都繞過tcp/ip 協(xié)議，采用另外的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議，開發(fā) ProfiNet 采用開發(fā)人員人員認(rèn)為tcp/ip 協(xié)議增加了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲，其實這是一種誤解，據(jù)美國密歇根大學(xué)的教授研究后認(rèn)為數(shù)據(jù)在TCP/IP 中的傳輸延遲很小，他們研究得出數(shù)據(jù)在經(jīng)過TCP,IP 棧時延遲只有不到100 微秒， 如果

21、采用UDP/IP 時就更小，同時他們研究也得出數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用層延時比較大，不同的協(xié)議延遲不一樣， 但是相差不是很大，從 200us-800us 不等， 他們經(jīng)過實驗后認(rèn)為以太網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施（指交換機、網(wǎng)卡等）和TCP/IP 協(xié)議并不是影響工業(yè)以太網(wǎng)實時性的主要原因，而認(rèn)為應(yīng)用層協(xié)議才是主要原因。所以密歇根大學(xué)的教授認(rèn)為繞開TCP/IP 協(xié)議沒有絲毫的意義，反而由于缺少了TCP/IP 協(xié)議，使得設(shè)備也就缺少了IT 功能，與其它現(xiàn)場總線沒有區(qū)別。ProfiNet V3 就更特別了，它不完全采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層，有一不時間采用以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 （CSMA/CD） ，而另外一部分時間采用自己的數(shù)

22、據(jù)鏈路層，通過一個高精度的時間來完成。所以ProfiNet V3 也就不是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)了，也就給Profinet v3 帶來如下的問題：不能采用標(biāo)準(zhǔn)的交換機、不能采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)芯片、與企業(yè)網(wǎng)相連可能會出現(xiàn)問題，與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相連還要特殊的網(wǎng)關(guān)、添加和刪除一個節(jié)點都需要重新組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和重新啟動網(wǎng)絡(luò)、至今沒有千兆網(wǎng)絡(luò)，還有最重要的是，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)以后發(fā)展了后，它不能與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相兼容，不具有將來以太網(wǎng)所應(yīng)具有的功能。EtherCat 這種工業(yè)以太網(wǎng)也很奇怪，它們不使用標(biāo)準(zhǔn)的芯片，一般不使用交換機，軟件也不是標(biāo)準(zhǔn)的，對以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進行了一些修改，我們知道一個數(shù)據(jù)幀只有一個源節(jié)點，但是對于EtherC

23、at 一個數(shù)據(jù)可能有多個源節(jié)點，即一個數(shù)據(jù)是由多個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)組合而成的。所以對于這樣的網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備也不能接入這樣的網(wǎng)絡(luò)。我認(rèn)為Ethernet/IP 和ProfiNet 這兩種工業(yè)以太網(wǎng)都適合各個行業(yè)，并不象 heidai 講的應(yīng)用的行業(yè)不一樣。首先這兩種工業(yè)以太網(wǎng)都用于傳輸非實時數(shù)據(jù)，還可傳輸實時數(shù)據(jù)，即可以用于離散控制，也可用于過程控制（當(dāng)然現(xiàn)在還不能用于本安應(yīng)用）。其次，這兩種工業(yè)以太網(wǎng)都可用于網(wǎng)絡(luò)功能安全傳輸， Ethernet/IP 有 CIP Safety 協(xié)議，而ProfiNet 有 Profisafe協(xié)議 ,還有在運動控制方面ProfiNet 有 ProfiNet

24、 IRT ，而 EtherNet/IP 則有 CIP Safety, 二者都可以用于中高端的運動控制。最后兩者都有基于IEEE1588 的高精度時鐘同步。而Modbus TCP,EtherCat 和 PowerLink, 都只能完成部分控制任務(wù)，如Modbus TCP 一般只作常規(guī)IO 實時和非實時數(shù)據(jù)。而 EtherCat 和 PowerLink 則更象是為運動控制而開發(fā)的，這二者好像沒有功能安全、在PLC 和 DCS 控制方面也沒有得到大自動化公司的支持，況且這兩者又對以太網(wǎng)進行修改，一個在軟件，另一個在軟件和硬件方面都進行了修改，都不能兼容標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備，個人認(rèn)為這樣做得不償失，為滿足

25、運動控制而不能兼容已有的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備而開發(fā)的工業(yè)以太網(wǎng)并不是以太網(wǎng)，與其說是工業(yè)以太網(wǎng)還不如說是另一種現(xiàn)場總線。我認(rèn)為工業(yè)以太網(wǎng)的競爭將會在Ethernet/IP 和 ProfiNet 間進行，而其它工業(yè)以太網(wǎng)都是這兩者的陪襯，將會逐漸退出市場。EtherNet/IP 以后將由羅克韋爾自動化、Omron 、施耐德和思科公司來推動，而ProfiNet將由業(yè)界老大西門子公司帶領(lǐng)一些小公司去奮斗，由國內(nèi)PLC 廠商中的老二、老三和老五對老大，不知誰將引導(dǎo)未來。其實，工業(yè)以太網(wǎng)里還有幾個怪胎，舉兩個例吧：SynqNet: 丹納赫主導(dǎo)的，幾乎只用在運動控制，而且據(jù)說只用在了半導(dǎo)體機械行業(yè)(奇怪的是，

26、不才也搞半導(dǎo)體機械很久了，卻從來沒看到過SynqNet ，孤陋寡聞啊)。只用了以太網(wǎng)的硬件，完全和我們平常說的以太網(wǎng)沒有任何關(guān)系，連 MAC 層都沒有。當(dāng)然如此運用，速度性能當(dāng)然好，但未來難說。Sercos III: 光纖 SercosII 的新一代以太網(wǎng)版本，背后推手是博世力士樂，只用在運動控制。也基本上是只用了以太網(wǎng)底層硬件，系統(tǒng)里竟然連switch 都不允許用。速度當(dāng)然快，但只比 SercosII 快了一倍。估計用了SercosII 的用戶，誰會去更新到一個沒快了多少的新系統(tǒng)啊，還沒問世，就已經(jīng)不被業(yè)界看好了。我個人認(rèn)為，最后一定是大西洋兩岸的兩大巨人之間的角力，就像以前的現(xiàn)場總線戰(zhàn)爭，

27、最后還不是Profibus 和 DeviceNet ，別的都只能當(dāng)陪襯的角色？當(dāng)然， 現(xiàn)在大家都在看中國這個大西洋兩岸以外的單一最大市場，中國把砝碼放在誰這一邊，可能會使天平傾斜一點。但最后，肯定兩者都會存在的。我個人認(rèn)為，咱們應(yīng)該選Ethernet/IP 這一邊站中國用戶和制造商應(yīng)選擇Ethernet/IP 還是 ProfiNet ，各人的看法有所不同，不過我認(rèn)為firstrazor 所說的沒錯，有于ProfiNet 采用了專門的芯片、網(wǎng)卡、交換機等以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，雖然 ProfiNet 應(yīng)用層協(xié)議是公開的，但這些芯片卻是專用，國內(nèi)的制造商要想開發(fā)符合ProfiNet 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，確要依賴于

28、這些芯片，受制于提供芯片的公司，也就是西門子公司，因此可以將ProfiNet 并不是完全開放的。而相反，Ethernet/IP 不論是在軟件還是硬件上都是標(biāo)準(zhǔn)和開放的，國內(nèi)的工業(yè)以太網(wǎng)制造商還是選擇EtherNet/IP 為好， 至于最終用戶的選擇，當(dāng)然是從可靠性、價格、兼容性和可替換性方面考慮，可靠性方面，二者沒有明顯區(qū)別，在其它方面Ethernet/IP 具有明顯的優(yōu)勢一 第一部分EtherCAT 協(xié)議系統(tǒng)整體組成德國倍福公司提出了以太網(wǎng)控制自動化技術(shù),即EtherCAT 技術(shù) ,在數(shù)據(jù)鏈路層使用實時性調(diào)度的軟核,并采用了雙端口RAM 傳輸過程數(shù)據(jù)傳輸,提高了系統(tǒng)的實時性. 主站由帶有普通

29、網(wǎng)卡的計算機組成,主要負(fù)責(zé)向從站的發(fā)送EtherCAT 數(shù)據(jù)幀 ,從而進行與從站的互動。主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)幀經(jīng)過所有的從站設(shè)備,每個從站設(shè)備在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時,處理尋址到本站的數(shù)據(jù),根據(jù)報文頭中的命令從報文中指定的位置讀或?qū)憯?shù)據(jù),并且從站硬件把該報文的工作計數(shù)器(WKC)加1,表示該數(shù)據(jù)被從站處理;數(shù)據(jù)幀訪問完整個系統(tǒng)的最后一個從站時,該從站把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給主站。主站收到從站處理的數(shù)據(jù)幀后,處理返回的數(shù)據(jù),一幀通信結(jié)束。1 EtherCAT 協(xié)議系統(tǒng)主站組成EtherCAT 協(xié)議系統(tǒng)的主站可以是任何可以控制標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的工業(yè)設(shè)備；主站可以是小型嵌入式控制器、小型PLC、 任何基于PC 的應(yīng)用

30、等以太網(wǎng)控制芯片(Retaltek RTL8102)集成了物理數(shù)據(jù)收發(fā)器,使用起來比較方便電信號傳輸可以采用 100BASE-TX標(biāo)準(zhǔn)連接以太網(wǎng)(最長為100m,帶變壓器耦合),也可以使用LVDS(LowVoltageDifferential Signaling) 在物理層上傳輸。LVDS 是基于 ANSI/TIA/EIA-644 的差分信號,同樣適用IEEE802.3ae 標(biāo)準(zhǔn) (10G 以太網(wǎng) ) 2 EtherCAT 協(xié)議系統(tǒng)從站組成從層次上劃分 ,EtherCAT 協(xié)議一般劃分為三層,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層;其中,物理層的主要器件有物理層PHY(Port Physical Lay

31、er)芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45 接口組成。數(shù)據(jù)鏈路層的主要器件是ESC(EtherCATSlave Controller專用器件。應(yīng)用層主要根據(jù)需要選擇合適的微處理器芯 )片ESC 物理層使用的接口模式分為兩種:一種是MII (Media IndependentInterface) 接口,另一種是 EBUS 接口。從站控制器：從站控制器(ESC主要有)ASIC 芯片、 IP-Core 和ESC20。 ASIC 芯片主要由德國倍福公司提供，主要有ET1100 和 ET1200 ； IP-Core 可以從德國倍福公司、Xilinx 公司和 Altera 公司獲得。每種形式的ESC都由MII/EB

32、US接口、邏輯管理單元FMMU(FielldbusMemoryManagement Unit) 、同步存儲管理SM(SyncManager)、雙端口RAM、分布時鐘、過程數(shù)據(jù) PDI(Process Data Interface)接口等組成【整理】工業(yè)自動化現(xiàn)場總線：EtherCAT現(xiàn)在詳細(xì)解釋其特點：EtherCAT 協(xié)議處理完全在硬件中進行協(xié)議 ASIC 可靈活配置。過程接口可從1 位擴展到64 kbyte詳見：所以使得以太網(wǎng)可以直達端子模塊：符合 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議無需附加任何總線即可訪問各個設(shè)備。耦合設(shè)備中的物理層由100BASE-TX 或 FX 轉(zhuǎn)換為 E-bus

33、 ，以滿足電子端子排等模塊化設(shè)備的需求。端子排內(nèi)的E-bus 信號類型( LVDS )并不是專用的，它還可用于10 Gbit 以太網(wǎng)。在端子排末端，物理總線特性被轉(zhuǎn)換回100BASE-TX 標(biāo)準(zhǔn)。主板集成的以太網(wǎng)MAC 足以作為主站設(shè)備中的硬件使用。DMA（直接存儲器存?。┯糜趯?shù)據(jù)傳輸?shù)街鲀?nèi)存， 解除了 CPU 存取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。Beckhoff 的多端口插卡中運用了相同的原理，它在 一個 PCI插槽中最多捆綁了4 個以太網(wǎng)通道。EtherCAT 的性能EtherCAT 使網(wǎng)絡(luò)性能達到了一個新境界。1000 個 I/O 的更新時間只需30 s，其中還包括I/O 周期時間。單個以太網(wǎng)幀最多可

34、進行1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當(dāng)于12000 個數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些數(shù)據(jù)耗時僅為300 s。與 100 個伺服軸的通訊每100 s 執(zhí)行一次?？稍谶@一周期時間內(nèi)更新帶有命令值和控制數(shù)據(jù)的所有軸的實際位置及狀態(tài)，分布式時鐘技術(shù)使軸的同步偏差小于1 微秒。超高性能的EtherCAT 技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無法迄及的控制理念。這樣，通過總線也可以形成超高速控制回路。以前需要本地專用硬件支持的功能現(xiàn)在可在軟件中加以映射。巨大的帶寬資源使得狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠與任何數(shù)據(jù)并行傳輸。EtherCAT 使通訊技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)PC 所具有的超強計算能力相適應(yīng)，總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸，分布式I

35、/O 可能比大多數(shù)本地I/O 接口運行速度更快。這種網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)勢在具有相對中等運算能力的小型控制器中較為明顯。EtherCAT 周期時間如此之短，使得它可以在兩個控制周期之間完成。因此，控制器總是能夠獲取最新的輸入數(shù)據(jù)；輸出以最小的延遲尋址。無需增強本身的運算能力，控制器的響應(yīng)行為就能夠得到顯著改善。借助于從站硬件集成和網(wǎng)絡(luò)控制器主站的直接內(nèi)存存取，整個協(xié)議的處理過程都在硬件中得以實現(xiàn)，因此， 完全獨立于協(xié)議堆棧的實時運行系統(tǒng)、CPU 性能或軟件實現(xiàn)方式。1000 個 I/O 的更新時間只需30 s，其中還包括I/O 周期時間。單個以太網(wǎng)幀最多可進行1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當(dāng)于12

36、000 個數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些數(shù) 據(jù)耗時僅為300 s。100 個伺服軸的通訊也非?？焖伲嚎稍诿?00 s 中更新帶有命令值和控制數(shù)據(jù)的所有軸的實際位置及狀態(tài)，分布時鐘技術(shù)使軸的同步偏差小于1 微秒。而即使是在保證這種性能的情況下，帶寬仍足以實現(xiàn)異步通訊，如TCP/IP 、下載參數(shù)或上載診斷數(shù)據(jù)。超高性能的EtherCAT 技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無法迄及的控制理念。EtherCAT 使通訊技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)PC 所具有的超強計算能力相適應(yīng)，總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸，分布式I/O 可能比大多數(shù)本地 I/O 接口運行速度更快。EtherCAT 技術(shù)原理具有可塑性，并不束縛于100 M

37、 bps 的通訊速率，甚至有可能擴展為1000 M bps 的以太網(wǎng)。簡言之：EtherCAT 的周期時間短，是因從站的微處理器不需處理以太網(wǎng)的封包。所有程序資料都是由從站控制器的硬件來處理。此特性再配合EtherCAT 的機能原理，使得 EtherCAT 可以成為高性能的分散式I/O 系統(tǒng)：包含一千個分散式數(shù)位輸入/輸出的程序資料交換只需30us ，相當(dāng)于在100Mbit/s 的以太網(wǎng)傳輸125 個字10 kHz 的速率更新，一般的更新速率約為1 30 kHz ，但也可EtherCAT 的拓?fù)淇偩€形、樹形或星型：EtherCAT 支持幾乎任何類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，由于現(xiàn)場總線而得名的總線結(jié)構(gòu)

38、或線型結(jié)構(gòu)也可用于以太網(wǎng)，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線最有效的系統(tǒng)連線方法是對線型、分支或樹叉結(jié)構(gòu)進行拓?fù)浣M合。因為所需接口在I/O 模塊等很多設(shè)備當(dāng)然，仍然可以使用傳統(tǒng)的、基于以太網(wǎng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。還可以選擇不同的電纜以提升連線的靈活性：靈活、 經(jīng)濟的標(biāo)準(zhǔn)超五類以太網(wǎng)電纜可采用100BASE-TX兩臺設(shè)備之間的最大電纜長度為100 m 。還可通過交換機或介質(zhì)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)不同以太網(wǎng)連線（如不同的光纖和銅電纜）的完整組合。信號變量可以根據(jù)每個電纜間距單獨選擇。由于連接的設(shè)備數(shù)量可高達65535 ， 因此，網(wǎng)絡(luò)的容量幾簡言之：EtherCAT 使用全 雙工 的以太網(wǎng)實體層，從站可能有二個或二個以上的

39、埠。若設(shè)備沒偵測到其下游有其他設(shè)備， 從站的控制器會自動關(guān)閉對應(yīng)的埠并回傳以太網(wǎng)幀。由于上述的特性，EtherCAT 幾乎支援所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，包括總線式、樹狀或是星狀，現(xiàn)場總線常用的總線式拓?fù)湟部梢杂迷谝蕴W(wǎng)中。EtherCAT 的拓?fù)淇梢杂镁W(wǎng)絡(luò)線、分枝或是短線（stub）作任意的組合。有三個或三個以上以太網(wǎng)接口的設(shè)備就可以當(dāng)作分接器，不一定一定要用網(wǎng)絡(luò)交換器。由于使用100BASE-TX 的以太網(wǎng)物理層，二個設(shè)備之間的距離可以到100 米，一個EtherCAT 區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)最多可以有65535 個設(shè)備。若EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)是使用環(huán)狀拓?fù)洌ㄖ髡驹O(shè)備需要有二個通訊埠），則此網(wǎng)絡(luò)還有纜線冗余的機

40、能。EtherCAT 的速度EtherCAT 技術(shù)原理具有可塑性，并不束縛于100 Mbaud 的通訊速率，甚至有可能擴展為Gbit 的以太網(wǎng)。EtherCAT 取代 PCI隨著 PC 組件逐漸向小型化方向發(fā)展，工業(yè)PC 的體積也日趨取決于插槽的數(shù)目。而高速以太網(wǎng)的帶寬和 EtherCAT 通訊硬件的過程數(shù)據(jù)長度則為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的可能性：工業(yè)PC 中的傳統(tǒng)接口現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧傻腅therCAT 接口端子模塊。除了可以對分布式I/O 進行編址，還可以對驅(qū)動和控制單元以及現(xiàn)場總線主站、快速串行接口、網(wǎng)關(guān)和其它通訊接口等復(fù)合系統(tǒng)進行編址。即使是其它無協(xié)議限制的以太網(wǎng)設(shè)備變體，也可以通過分布

41、式交換機端口設(shè)備進行連接。由于一個以太網(wǎng)接口足以滿足整個外圍設(shè)備的通訊。PC 主機的體積和外觀，而且也降低了工業(yè)PC 主機的成本。EtherCAT 的分布式時鐘精確同步對于同時動作的分布過程而言尤為重要，例如，幾個伺服軸在同時執(zhí)行協(xié)調(diào)運動時便是如此。 最有效的同步方法是精確排列分布時鐘。與完全同步通訊中通訊出現(xiàn)故障會立刻影響同步品質(zhì)的情況相反，分布排列的時鐘對于通訊系統(tǒng)中可能存在的相關(guān)故障延遲具有極好的容錯性。采用EtherCAT 后，數(shù)據(jù)交換就完全基于純硬件機制。由于通訊采用了邏輯（借助于全雙工快速以太網(wǎng)的物理層）環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主站時鐘可以簡單、精確地確定各個從站時鐘傳播的延遲偏移，反之亦然。分

42、布式時鐘基于該值進行調(diào)整，這意味著可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用非常精確的、信號抖動小于1 微秒的、確定性的同步誤差時間基。IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn)。詳情請參閱：【整理】工業(yè)自動化規(guī)范之時間同而跨接工廠等外部同步則可以基于步： IEEE 1588此外，高分辨率的分布式時鐘不僅可以用于同步，還可以提供數(shù)據(jù)采集的本地時間精確信息。當(dāng)采樣時例如，運動控制器通過順序檢測的位置計算速度便是如此。而在EtherCAT 中，引入時間戳數(shù)據(jù)類型作為一個邏輯擴展，以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬使得高分辨率的系統(tǒng)時間得以與測量值進行鏈接。這樣，速度的精確計算就不再受到通訊系統(tǒng)的同步誤差值影響，其精度要高于基于自由同步誤差的通訊測量

43、技術(shù)。同步性與一致性：相距電纜長度為有120 米的兩個分布系統(tǒng)，帶有300 個節(jié)點的示波器比較：為了系統(tǒng)的同步，EtherCAT 協(xié)定中有提供分散式時鐘機制，即使通訊循環(huán)周期有抖動，時鐘的抖動遠小于1 s，大約接近IEEE 1588 精密時間協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。因此EtherCAT 的主站設(shè)備不需針對時鐘使用特殊的硬件，可以用軟件實現(xiàn)在任何標(biāo)準(zhǔn)的的以太網(wǎng)MAC ，即使沒有特殊的通訊協(xié)處理器也沒有關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)建立分散式時鐘的程序是由主站送出一特定位址的廣播訊息給所有從站來啟動。若使用環(huán)狀拓?fù)?，所有從站會在收到訊息時閂鎖 內(nèi) 部時鐘，當(dāng)訊息回來時會再閂鎖內(nèi)部時鐘一次。主站會讀所有從站閂鎖的值，計算各個從站的

44、延遲。為了消除抖動的影響及求得平均值，主站會盡可能的多次進行上述的程序。所有的從站延遲會依各從站在從站環(huán)狀拓?fù)涞奈恢脕碛嬎?，并記錄在一個偏移寄存器中。最后主站送出一個讀寫系統(tǒng)時鐘的廣播訊息，會使第一個從站的時鐘為參考時鐘，其他從站的內(nèi)部時鐘會調(diào)整到和第一個從站相同。為了在初始化后保持時鐘的同步，主站或從站需定期的再送出廣播訊號，以計算各個從站內(nèi)部時鐘的速度差異，若有需要時，從站需要可以調(diào)整自身時鐘的速度，或是有其他調(diào)整時鐘的機制。系統(tǒng)時鐘是一個64 位元的計時器，計數(shù)內(nèi)容是從2000 年 1 月 1 日 0 點 0 分開始所經(jīng)過的時間，單位是奈秒（ns）?！靖形颉縀therCAT 中提到的分布

45、時鐘，同步時鐘，就相當(dāng)于：兩個人（或多個人）拿著手表在一起，先：對點確保各自的時間，是一致的。這樣，在后續(xù)的某個約定的時間，一起做某事，才能確保是同步去做的。否則就會有時間的誤差，就會影響辦事。EtherCAT 支持熱連接許多應(yīng)用都需要在運行過程中改變I/O 組態(tài)。例如，需求不斷變化的加工中心、裝備傳感器的刀具系統(tǒng)或智能化的傳輸系統(tǒng)、 靈活的工件執(zhí)行機構(gòu)或可單獨關(guān)閉印刷單元的印刷機等。EtherCAT 系統(tǒng)的 協(xié)議結(jié)構(gòu)中已經(jīng)考慮到了這些需求：熱連接功能可以將網(wǎng)絡(luò)的各個部分連在一起或斷開，或飛速 進行重新組態(tài)， 針對不斷變化的組態(tài)提供靈活的響應(yīng)能力。EtherCAT 的高可靠性選擇冗余電纜可以滿

46、足快速增長的系統(tǒng)可靠性需求，以保證設(shè)備更換時不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。EtherCAT也支持熱備份的主站冗余。您可以很經(jīng)濟地增加冗余特性，僅需在主站設(shè)備端增加使用一個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口（無需專用網(wǎng)卡或接口），并將單一的電纜從總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可。當(dāng)設(shè)備或電纜發(fā)生故障時，也僅需一個周期即可完成切換。因此，即使是針對運動控制要求的應(yīng)用，電纜出現(xiàn)故障時也不會有任何問題。EtherCAT 也支持熱備份的主站冗余。由于在環(huán)路中斷時EtherCAT從站控制器芯片將立刻自動返回數(shù)據(jù)幀，一個設(shè)備的失敗不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。例如，拖鏈設(shè)備可以配置為分支拓?fù)湟苑谰€纜斷開。EtherCAT 的安全性：Safety over EtherCATEtherCAT 有一個加強的協(xié)定版本，稱為Safety over EtherCAT ，可以在同一個網(wǎng)絡(luò)上進行安全相關(guān)的通訊和一般的控制通訊。此安全通訊是以EtherCAT 的應(yīng)用層為基礎(chǔ)，不會影響底層的通訊協(xié)定。Safetyover EtherCAT 有通過 IEC 61508 的認(rèn)證，符合安全完整性等級（SIL） 3 的要求。為了實現(xiàn)EtherCAT 安全數(shù)據(jù)通訊，我們開放了Safety over EtherCAT 協(xié)議， EtherCA