工业自动化网络技术

工厂里车间的面貌日新月异。在过去，我们面对的是起重机和电动车辆。现在，我们和网络技术打交道。从电流环到RS-485，从Modbus到Devicet和PROCFInet,到处充斥着协议、技术和标准。

二十年前，分立制造系统尤如自动化的岛屿。可编程控制器技术处于支配地位。五年后，串行通信风靡一时。条形码读出器、定标器和操作者接口设备拓展了自动化岛屿的边界。

十年前爆发传感器总线大战。在随后的十年中，Interbus、SDS、DeviceNet、Profibus,以及其它各种总线此起彼伏，为其效率、数据包速率、确定性和成本争论不休。在这些日子里，控制工程师要竭尽全力解决各种问题，让网络系统正常地运转起来。

过去的五年相对地平静和繁荣。传感器大战已经结束；自动化岛屿已明显地扩张。上百种传感器网络已精简为几种标准总线。网络技术标准和依从性测试已赶上供应商竞相增加网络设备的速度。培训计划和成熟的经验使自动化岛屿之间的互连成为可能，这仅仅在几年前还是无法想象的。

目前，对PLC控制的生产车间，以太网已实用化，局域网的战斗日益白热化。以太网是比传感器总线更优越？它在那类应用中？到目前为止还没有统一意见，就象有关传感器总线一样，有种种不同的观点。在展望未来之前，先让我们考察一下目前的状况。

ASiBus

ASi是西门子公司推出的、PTO(Profibus贸易组织)支持的一种硬件替代总线。它具有主—从结构，从设备最多可达62个。它在单根电缆内整合了数据和电源，速度极快，对31个从设备而言，周期时间仅为5ms。ASi结构简单，较典型的通信网络中心支持更多的拓扑，包括星形、线型、分技术和树形结构。虽然它现在能够支持某些模拟数据，但仍不易支持串行设备，诸如条形码读出器、定标器、仪表和操作接口。ASi增长十分快速。它日益广泛地使用在多种行业，尤其是食品加工、制瓶和制药行业，因为这些行业，不需要Profibus和DeviceNet的附加功能。

Modbus

Modbus是本文提及的所有网络通信标准中最早的一种。由于其历史悠久、普及率高、安装节点数多，它也是本文所讲的唯一串行通信标准。其协议简单、明了；每个设备表示为寄存器(16位无符号整数)和位的集合。一组带有精确消息帧的极简单命令集，使该协议成为串行设备的30年优胜者。由于它的设备表示方法简单、消息帧简明，容易实现Modbus。当然，寄存器和位还不具备恰当地表示较复杂设备(如质量流量控制器、运动控制器、以及驱动系统)的能力。

DeviceNet

DeviceNet是一个应用层协议，它使用最初由德国bosch公司研发的控制区域网(CAN)技术。CAN可支持单一拓扑，带节点的总线。尽管CAN能支持几千个节点且数据速率高达1MB，但DeviceNet仅限64个节点和125、250以及500KB速率工作的网络。它是一种主—从连接基网络；主设备由一个从设备请求连接，然后两个设备进行非控制和I/O数据连接的协商。一旦建立I/O连接，主设备使用查询、循环状态改变的通信方式与从设备通信。最近还增加了TimeSynchronization(CIPsync)和DeviceNetSafetyNetwork(CIPsafety)协议。

DeviceNet不具备对等通信能力。多数设备只支持传统的查询通信方式，而不支持吞吐率较高的循环或状态改变的工作方式。分段存储协议要求发送8字节以上的消息，过于复杂且需要大量的计算资源。 它支持的设备类型十分广泛，包括光眼、驱动器和质量流量设备，符合标准且大批量供货降低激烈的价格竞争，尤其对I/O设备。

ProfibusDP

ProfibusDP是一种工作于12MB的RS—485基I/O网络。Profibus是在设备上增加ASIC用硬件实现的。这是一种主—从网络结构，最多有126个节点和244字节消息，PTO是促进和维护该标准的供应商组织。 ProfibusDP的工作速率较任何CAN网络(DeviceNet，CANopen等)快得多，后者最高只有1MB。它拥有大量供应商和现成的的产品；然而由于它要求专用硬件ASIC，在批量低时实施成本稍高。有Siemens的积极支持以及Siemens的可编程控制器内置的连接，ProfibusDP在欧洲市场占有绝对的优势。

ControlNet

ControlNet是DeviceNet和EtherNet/IP的先驱者，最初是作为Allen-BardleyDataHighway替代品研发的。它填补了高确定性和重复性网络的空白。它使用与DeviceNet或EtherNet/IP相同的控制与信息协议(CIP)应用层，让用户按专用的控制I/O或消息数据来配置每个消息。由于ControlNet要求专用的电缆，且与以太网相比速度不尽人意，因而其市场接纳率较低。

EtherNet/IP

EtherNet/IP是用于CotrolNet和DeviceNet的CIP技术的改进版。与这两种协议一样，EtherNet/IP是对象基的。网络中每个设备表示为一系列具有属性和值的对象。它采用传送控制协议(TCP)来传送消息数据；用连接设备协议(UDP)来传送I/O数据，由于EhterNet/IP上I/O数据是按UDP传送的，因此设备无法检测到冲突或未送达I/O消息。对象基设备表示法为EtherNet/IP网络上设备提供了一种功能强、完善而又容易实现的表示方法。同一对象的表示法对EtherNet/IP、ControlNet、以及DeviceNet都是一致的。任何熟悉后二种网络的人员，只要稍加培训和实践，就能安装和使用EtherNet/IP网络。但另一方面，EtherNet/IP是复杂的，规格仍在分类之中。安装与研发也是比较复杂的。任何有一定能力的编程人员可以从事DevceNet工作，但若不想投入大量时间精力，最好不要贸然地涉足EtherNet/IP。