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水工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展(2)

最近剛剛發(fā)布的IEEE802.3af標準中,對Ethernet的總線供電規(guī)范也進行了定義。此外,在實際應(yīng)用中,主干網(wǎng)可采用光纖傳輸,現(xiàn)場設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線,對于重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以此提高網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力和可靠性。

1.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

由于工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不單單是一個完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng),而且還是一個借助網(wǎng)絡(luò)完成控制功能的自控系統(tǒng)。它除了完成數(shù)據(jù)傳輸之外,往往還需要依靠所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令,執(zhí)行某些控制計算與操作功能,由多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點協(xié)調(diào)完成自控任務(wù)。因而它需要在應(yīng)用、用戶等高層協(xié)議與規(guī)范上滿足開放系統(tǒng)的要求,滿足互操作條件。

對應(yīng)于ISO/OSI七層通信模型,以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范只映射為其中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層;而在其之上的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議,目前以TCP/IP協(xié)議為主(已成為以太網(wǎng)之上傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層“事實上的”標準)。而對較高的層次如會話層、表示層、應(yīng)用層等沒有作技術(shù)規(guī)定。目前商用計算機設(shè)備之間是通過FTP(文件傳送協(xié)議)、bbbnet(遠程登錄協(xié)議)、SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)、HTTP(WWW協(xié)議)、SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)等應(yīng)用層協(xié)議進行信息透明訪問的,它們?nèi)缃裨诨ヂ?lián)網(wǎng)上發(fā)揮了非常重要的作用。但這些協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通信。

為滿足工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求,必須在Ethernet+TCP/IP協(xié)議之上,建立完整的、有效的通信服務(wù)模型,制定有效的實時通信服務(wù)機制,協(xié)調(diào)好工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中實時和非實時信息的傳輸服務(wù),形成為廣大工控生產(chǎn)廠商和用戶所接收的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議,進而形成開放的標準。為此,各現(xiàn)場總線組織紛紛將以太網(wǎng)引入其現(xiàn)場總線體系中的高速部分,利用以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù),以及原有的低速現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議,從而構(gòu)成了所謂的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,如HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。

(1)HSE(HighSpeedEthernet,高速以太網(wǎng))

HSE是現(xiàn)場總線基金會在摒棄了原有高速總線H2之后的新作。FF現(xiàn)場總線基金會明確將HSE定位成實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的集成。由HSE鏈接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以太網(wǎng)的主干上并進一步送到企業(yè)的ERP和管理系統(tǒng)。操作員在主控室可以直接使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看現(xiàn)場運行情況?,F(xiàn)場設(shè)備同樣也可以從網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。

HSE在低四層直接采用以太網(wǎng)+TCP/IP,在應(yīng)用層和用戶層直接采用FFH1的應(yīng)用層服務(wù)和功能塊應(yīng)用進程規(guī)范,并通過鏈接設(shè)備(bbbbingDevice)將FFH1網(wǎng)絡(luò)連接到HSE網(wǎng)段上,HSE鏈接設(shè)備同時也具有網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)的功能,它的網(wǎng)橋功能能用來連接多個H1總線網(wǎng)段,使不同H1網(wǎng)段上的H1設(shè)備之間能夠進行對等通信而無需主機系統(tǒng)的干預(yù)。HSE主機可以與所有的鏈接設(shè)備和鏈接設(shè)備上掛接的H1設(shè)備進行通信,使操作數(shù)據(jù)能傳送到遠程的現(xiàn)場設(shè)備,并接收來自現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)監(jiān)控和報表功能。監(jiān)視和控制參數(shù)可直接映射到標準功能塊或者“柔性功能塊”(FFB)中。

(2)PROFInet

Profibus國際組織針對工業(yè)控制要求和Profibus技術(shù)特點,提出了基于以太網(wǎng)的PROFInet,它主要包含3方面的技術(shù):①基于通用對象模型(COM)的分布式自動化系統(tǒng);②規(guī)定了Profibus和標準以太網(wǎng)之間的開放、透明通信;③提供了一個包括設(shè)備層和系統(tǒng)層、獨立于制造商的系統(tǒng)模型。

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