工业控制网络与ethernet和tcpip技术

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1、工业控制网络与Ethernet和TCP/IP技术1引言20世纪80年代中期发展起来的现场总线(Fieldbus)技术，由于其适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，促进了目前的口动化仪表、DCS(DistributedControlSystem)和PLC等产品所面临的体系结构和功能结构的重大变革，导致工业自动化产品的更新换代，从而给控制领域带來了一场革命。但是，目前现场总线标准不统一，多种总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现相互高速的实吋数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟，难以实现真正的开放性。而以太网以其低成

2、本、通信速率高、高度开放性的优点逐渐受到人们的关注。2以太网技术介绍2.1以太网技术基础以太网是由DEC.Intel和Xerox三家公司在20世纪70年代开发研制的。它采用的是载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)的多路访问协议。设计以太网最初是为了使系统能够不局限于某一种传输介质，如光纤、同轴电缆、无线电波,1大I此取名为以太网。80年代中期，IEEE在DEC、Intel和Xerox三家公司开发的以太网基础上，制定了802.3LAN标准。因此，现在冇IEEE的802.3LAN标准和DIXII以太网2个标准，但二者差别不大，他们的帧

3、格式如图1所示。46-1500662/八、4目的地址源地址长度数握处元路控制IEEE8023致缗帧格式866246-1500荊导码目能地址源炮址类型元图1DIXEthernet数据帧格式在IEEE802.3标准中，定义目的地址和源地址长度是2字节或者6个字节。因此帧的长度范围是64-1518个字节。需要注意的是在实际应用中，目的地址和源地址长度都是6字节，因此帧的实际最小长度为72个字节。2.2以太网技术的特点以太网由于其应用的广泛性和技术的先进性，逐渐应用于工业现场。与目前的现场总线相比，以太网具冇以下优点：(1)成本低廉目前以

4、太网卡的价格只有Profibus、FF等现场总线网卡的1/10。(2)应用广泛以太网口J以保证多种开发工具和开发环境口J供选择。(3)通信速率高目前以太网的通信速率为10Mbps,100Mbps的快速以太网已开始广泛应用，1000Mbps以太网技术也在不断成熟，10Gbps正在研究。(4)实现网络的无缝连接在以太网上使用TCP/IP,它的开放性可以使测控网和信息网统一起来。现场信号可以在企业的Intranet上及时发布和共享，还可以在Internet/lntranet的任何位置对现场智能设备进行在线控制、功能组态和远程监控等，实现

5、网络控制系统上真正的开放性和互操作性。3Ethernet认识误区3.1“以太网和TCP/IP等同"大家在提到以太网的时候必然会提到TCP/IP,将以太网和TCP/IP混淆。其实，以太网和TCP/IP是两个完全不同的概念，它们是齐口独立发展起来的。以太网本质上只是一个物理层标准。图2是OSI七层参考模型：应用层表不层会话层传输层网络层数据链路层物理层图2OSI参考模型以太网只定义了OSI参考模型的物理层和数据链路层。以太网是当今局域网采用的最通用的通信协议标准，该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。在以太网中

6、信息以以太网帧的形式传输(以太网帧分为两类即数据帧和管理帧)。而TCP/IP是OSI参考模型的网络层和传输层。传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)主要是完成开放系统之间的数据传送控制。主要功能是开放系统Z间数据的收发确认。同时，还用于弥补各种通信网络的质量并界，对经过下三层之后仍然存在的传输差错进行恢复，进一步提高可靠性。另外，通过复用、分段和组合、连接和分离、分流和合流等技术措施，提高吞吐量和服务质量。简单而言TCP的任务是按照其原先发送的顺序可靠的传输数据，过滤掉重复的,在可靠的数据传输

7、不再可能实现的情况下重新发送数据并指示出错;网络层IP(InternetProtocol)规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。它的主要功能是利用数据链路层所提供的相邻节点间的无茅错数据传输功能，通过路由选择和中继功能，实现两个系统Z间的连接。当然，大家之所以将以太网和TCP/IP混淆，主要在于默认了以太网和TCP/IP两种技术的结合。只冇将以A网和TCP/IP结合，才口J以将以A网技术应用到工业现场控制网络，离开TCP/IP的以太网并不能实现任何功能，空洞的谈论以太网的优势就是无咎之谈。3.2“提高网络速度可以解决以太网应用于

8、工业控制现场的实时性问题”在相同通信量的条件下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻，而减轻网络负荷则意味着提高网络通信的确定性。但是，网络速率的提高，并不能彻底解决工业控制现场的实时性问题。在工业控制现场，由丁•现场设备的地域分散性，现场设备间的信