基于工业以太网之安全过程控制体系平台构建

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1、基于工业以太网之安全过程控制体系平台构建第一章绪论1.1工业以太网发展通常人们所说的以太网是指遵循IEEE802.3协议且应用广泛的局域网通信技术。早期的以太网(Ether)是由Xerox公司创建的，其后在1980年联合DEC、Intel两家公司共同研制开发的一种通信标准。以太网主要应用的技术是载波监听冲突检测和多路访问，既CSMA/CD[1]。最初的以太网通信速率仅为10Mbps的吞吐量，传输介质多为粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光纤等传输介质。随着网络技术的不断发展传统的以太网已经不能满足日益增长的网

2、络数据流量的要求，与此同时硬件技术的不断提升和价格的不断降低加快了快速以太网、千兆以太网甚至万兆以太网的发展。国际标准化组织(ISO)将以太网定义为开放系统互联参考模型(OSI)，该模型有7层结构，分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。传统以太网在通信过程中实际常用的标准是TCP/IP协议，该协议与传统的OSI模型略有不同它将网络划分为四层，分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。通过将OSI与TCP/IP技术的融合使用使得通信的成本降低、传输速度得到进一步提升。进入21世纪以后伴随着工业和自动

3、化技术应用范围的不断扩大以及通信数据流量的增大，将以太网技术应用到工业过程控制领域便成为人们所研究和考虑的问题。..1.1.2工业以太网发展背景及特点所谓工业以太网通常是指基于IEEE802.3协议的区域和单元网络将传统网络技术应用到生产和过程控制领域。进入21世纪具有交换功能、全双工和自适应的100M波特率的快速以太网已经成功应用到工业过程控制领域当中[2]，与传统以太网不同工业以太网更加注重应用层的实时通信。到目前为止工业以太支持的协议主要有以下四种：HSE、ModbusTCP/IP、ProfiNet及EtherIP，其

4、中HSE(HighSpeedEther)是基金会现场总线2000年发布的规范,该规范将TCP/IP协议族融合为一体实现了控制网络与Inter的集成，通过其核心连接设备实现上位机同现场设备进行对等的通信；ModbusTCP/IP是由施耐德公司推出的一种将Modbus帧嵌入到TCP帧中进行面向链接的以太网通信方式，具有较高的确定性和友好的用户界面支持浏览器操作；ProfiNet是2001年由德国西门子公司发布的工业以太网通信协议，将原有的Profibus与互联网技术相结合形成了一种新的通信方案，利用TCP/IP协议和以太网作为连

5、接介质实现节点间的通信；EtherIP是ODVA(OpenDeviceVendorsAsso-cation)和ControlNetInternation俩大工业组织最新推出的协议，它基于面向对象的CIP(ControlandInformationProtocol)协议，能够保证网络上实时的I/O信息和组态、参数、诊断信息的有效传输。正是由于有这些工业以太网通信协议的支持使得其以开放、协议简单及稳定性、可靠性得到了广泛的支持[2]。.第二章ProfiNet通信协议及OPC技术实现2.1工业控制通信进入21世纪以来网络技术、通信

6、技术以及计算机技术的快速发展带动了工业过程控制系统的数据通信方式也随之得到了快速的提升和发展。控制领域的专家不断的将各种先进的通信技术应用到工业控制领域，实现上位机同过程控制级设备之间的数据通信。从早期的串口通信技术发展到今天的以太网通信技术可以说工业过程控制领域的通信技术已经逐步的向开放性、稳定性、可靠性、准确性迈进。工业控制通信技术总体来说经历了如下三个阶段的发展：(1)串口通信技术：传统的串口通信协议利用1和2端口采用非平衡传输方式实现数据的低速率单端通信，包括RS-232通信协议、RS-485通信协议。但RS-232

7、进行数据传输的时候容易受到外界的电磁干扰从而使信号发生错误；RS-485通信协议具有更好传输能力，支持一对多的电路标准，在一条双绞线上允许负载32个负载设备。(2)现场总线技术：现场总线技术是在20世纪80年代末发展起来的一种用于工业数据传输的技术，主要用于现场控制设备和智能控制系统之间的信息传递问题，具有简单、可靠、经济实用等优势。经历了从早期的电气信号控制系统PCS到电动模拟信号的第二代控制系统再到数字集中式的第三代控制系统和其后经过改进的分布式控制系统DCS以及现今广泛使用的现场总线控制系统FCS。..2.2Profi

8、bus通信协议Profibus通信协议是一种开放式、新型全分布控制系统，常用于过程控制、自动化制造等领域现场智能控制设备之间的通讯。国际上所采用的现场总线的标准有近几百种之多，且尚未建立统一的标准，应用最为广泛的五种总线协议分别是基金会现场总线、Lonbps和25Mbps，传输距离为750