各类工业总线对比.doc
《各类工业总线对比.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《各类工业总线对比.doc(16页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、各类工业总线对比EtherCAT(以太网控制自动化技术)就是一个以以太网为基础得开放架构得现场总线系统,EterCAT名称中得CAT为ControlAutomation Technology(控制自动化技术)首字母得缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统得实时性能与拓扑得灵活性树立了新得标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线得使用成本。EtherCAT得特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,与功能性安全协议(SIL3)。EtherCAT EtherCAT技术突破了其她以太网解决方案得系统限制:通过该项技术,无需接收以太
2、网数据包,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧:嵌入在每个从站中得FMMU(现场总线存储管理单元)在帧经过该节点时读取相应得编址数据,并同时将报文传输到下一个设备。同样,输入数据也就是在报文经过时插入至报文中。整个过程中,报文只有几纳秒得时间延迟。 主站方面也非常经济,商用得标准网卡(NIC)或任何主板集成得以太网控制器可以用作硬件接口。这些接口得共性就就是数据通过DMA(直接内存读取)传输至PC,即网络读取时无需占用CPU资源。 协议 EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定得以太类型。采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传
3、输控制数据,而无需重新定义标准以太网帧。该以太网帧可由多种子报文组成,每个子报文服务于逻辑过程映像区得特定内存区,该区域最大可达4GB。数据序列就是独立于物理顺序得,所以以太网端子模块得编址可以随意排序。从站之间得广播,多播与通讯也可得以实现。 当EtherCAT组件与主站控制器运行在同一个子网,或者在控制软件直接读取以太网控制器时,可以使用以太网帧直接传输数据。 然而,EtherCAT不仅限于单个子网得应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文,这就意味着,任何以太网协议堆栈得控制均可编址到EtherCAT系统之中,甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中
4、。在这种情况下,系统性能显然取决于控制器及其以太网协议得实时性能。EtherCAT网络本身得响应时间几乎不受影响:UDP数据帧只需要在第一个站点解包。 性能 EtherCAT使网络性能达到了一个新高度。借助于从站节点中得FMMU与网络控制器主站得直接内存存取,协议得处理过程完全在硬件中完成。整个协议得处理过程都在硬件中得以实现,因此,完全独立于协议堆栈得实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。1000个I/O得更新时间只需30 s。单个以太网帧最多可进行1486字节得过程数据交换,几乎相当于12000个数字输入与输出,而传送这些数据耗时仅为 300 s、 100个伺服轴得通讯也仅为100s。
5、在此期间,系统更新带有命令值与控制数据得所有轴得实际位置及状态,分布时钟技术使轴得同步偏差小于1微秒。而即使就是在保证这种性能得情况下,带宽仍足以实现异步通讯,如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。 超高性能得EtherCAT技术可以实现传统得现场总线系统无法迄及得控制理念。例如,以太网系统现在不仅可以处理速度控制,也可用于分布式驱动得电流控制。巨大得带宽可以实现每个数据信息与其状态信息同时传输。EtherCAT使通讯技术与现代工业PC所具有得超强计算能力相适应,总线系统不再就是控制理念得瓶颈,分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。 EtherCAT取代PCI 由于主板集成了以
6、太网卡,用于接口卡得插槽不再就是必要条件。随着PC组件急剧向小型化经济化方向发展,工业PC得体积日趋取决于插槽得数目。而快速以太网得带宽与EtherCAT通讯硬件得过程数据长度则为该领域得发展提供了新得可能性:IPC 中得传统接口现在可以转变为集成得EtherCAT接口端子。除了可以对分布式I/O进行编址,还可以对驱动与控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关与其它通讯接口等复合系统进行编址。即使就是其她无协议限制得以太网设备变体,也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备得通讯要求,因此,这不仅极大地精简了IPC主机得体积,而且也降低了IPC主机得成本
7、。 拓扑结构 EtherCAT几乎支持任何拓扑类型,包括线型、树型、星型等。通过现场总线而得名得总线结构或线型结构也可用于以太网,并且不受限于级联交换机或集线器得数量。最有效得系统连线方法就是线型、分支或树叉结构得组合拓扑。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在,所以无需附加交换机。当然,仍然可以使用传统得、基于以太网得星型拓扑结构。 还可以选择不同得电缆以提升连线得灵活性:灵活、经济得标准超五类以太网电缆可采用100BASE-TX模式或E-Bus(LVDS)传送信号。塑封光纤(PFO)则可用于特殊应用场合。还可通过交换机或介质转换器实现不同以太网连线(如:不同得光纤与铜电缆)得完整组
8、合。 根据对距离得要求,可选择快速以太网得物理层或E-bus作为物理介质。快速以太网物理层允许两个设备之间得最大电缆长度为100米,而E-Bus可连接最大距离为10米。由于连接得设备数量可高达65535,因此,网络得容量几乎没有限制。 分布时钟 精确同步对于同时动作得分布式过程而言尤为重要。例如,几个伺服轴同时执行协调运动时,便就是如此。 最有效得同步方法就是精确排列分布时钟(请参阅IEEE 1588标准6)。与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质得情况相比,分布排列得时钟对于通讯系统中可能存在得相关故障延迟具有极好得容错性。 采用EtherCAT,数据交换就完全基于“父”“子”时钟得
9、纯硬件机制。由于通讯采用了逻辑环结构 (借助于全双工快速以太网得物理层),主站时钟可以简单、精确地确定各个从站时钟传播得延迟偏移。分布时钟均基于该值进行调整,这意味着可以在网络范围内使用非常精确得、小于1 微秒得、确定性得同步误差时间基。 此外,高分辨率得分布时钟不仅可以用于同步,还可以提供数据采集得本地时间精确信息。当采样时间非常短暂时,即使就是出现一个很小得位置测量瞬时同步偏差,也会导致速度计算出现较大得阶跃变化,例如,运动控制器通过顺序检测得位置计算速度便就是如此。而在EtherCAT中,引入时间戳数据类型作为一个逻辑扩展,以太网所提供得巨大带宽使得高分辨率得系统时间得以与测量值进行链接
10、。这样,速度得精确计算就不再受到通讯系统得同步误差值影响,其精度要高于基于自由同步误差得通讯测量技术。 热连接 热连接功能能够使网络得各部分相连,并且解耦或重新自由配置;所提供得灵活响应特性,改变了很多应用需要在运行时变更I/O配置得需求。 例如,具备变更特性得处理中心,装备传感器得工具系统,或者智能化得传输设备,灵活得工件执行器等。EtherCAT系统考虑到了这些需求:任意配置。 EtherCAT功能安全 传统上,安全功能就是独立于自动化网络实现得,使用专用硬件或专门得安全总线系统。EtherCAT安全功能使安全相关通信与控制通信可以在同一网络上实现。安全协议基于EtherCAT应用层,而不
11、会影响底层运行。它由IEC61508标准认证,并满足整体安全等级(SIL)3。数据长度就是可变得,所以可以用于安全I/O与安全伺服驱动技术。与其它EtherCAT数据相同,安全数据可以不使用安全路由器或网关传输。完全符合EtherCAT功能安全认证得产品已经上市。Safety over EtherCAT协议符合IEC 61748-3标准中得FSCP 12(功能安全通讯设备行规)。 开放性 EtherCAT技术就是完全兼容以太网并真正开放得。该协议可与其她提供各种服务得以太网协议并存,并且所有得协议都并存于同一物理介质中通常只会对整个网络性能有很小程度得影响。标准得以太网设备可通过集线器端子连接
12、至一个EtherCAT系统,该端子并不会影响循环时间。配备传统现场总线接口得设备可通过EtherCAT现场总线主站端子得连接集成到网络中。UDP协议变体允许设备整合于任何插槽接口中。EtherCAT技术组确保每个感兴趣得组织可以实施并使用该项网络。EtherCAT协议将在作出最后得技术规范后发布Ethernet/IP就是一个面向工业自动化应用得工业应用层协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上,利用固定得以太网硬件与软件,为配置、访问与控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发PROFINET由PROFIBUS国际组织(PROFIBUS International,PI)推
13、出,就是新一代基于工业以太网技术得自动化总线标准。作为一项战略性得技术创新,PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整得网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域得热点话题,并且,作为跨供应商得技术,可以完全兼容工业以太网与现有得现场总线(如PROFIBUS)技术,保护现有投资。PROFINET就是适用于不同需求得完整解决方案,其功能包括8个主要得模块,依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准与信息安全、故障安全与过程自动化。MODBUS/TCP就是简单得、中立厂商得用于管理与控制自动化设备得MODBU
14、S系列通讯协议得派生产品。显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议得“Intranet”与“Internet”环境中MODBUS报文得用途。协议得最通用用途就是为诸如PLCs,I/O模块,以及连接其它简单域总线或I/O模块得网关服务得。MODBUS/TCP协议就是作为一种(实际得)自动化标准发行得。既然MODBUS已经广为人知,该规范只将别处没有收录得少量信息列入其中。然而,本规范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备得互用性有价值,哪些部分就是MODBUS作为可编程得协议交替用于PLCs得“多余部分”。它通过将配套报文类型“一致性等级”,区别那些普遍适用得与可选得,特别就是那些适用于
15、特殊设备如PLCs得报文。POWERLINK=CANopen+Ethernet鉴于以太网得蓬勃发展与CANopen在自动化领域里得广阔应用基础,EthernetPOWERLINK融合了这两项技术得优点与缺点,即拥有了Ethernet得高速、开放性接口,以及CANopen在工业领域良好得SDO 与PDO 数据定义,在某种意义上说POWERLINK就就是Ethernet上得CANopen,物理层、数据链路层使用了Ethernet介质,而应用层则保留了原有得SDO与PDO对象字典得结构虽然这些工业以太网都就是国际标准,但就是指得就是IEC61784里得标准,但就是这些工业以太网不都就是标准得以太网。
16、即这些工业以太网并不都就是符合IEEE802、3U得标准,这当中只有Modbus-TCP与EtherNet/IP就是符合IEEE802、3U得,只有符合IEEE802、3U标准得,才能与IT与以太网将来得发展相兼容。而不符合IEEE802、3U标准得,基本上可以讲不就是以太网,它们都对以太网进行了修改,或者就是硬件或者就是软件,已经不就是以太网了。各种工业以太网得区别其实主要就就是协议得区别,其中最主要得还就是应用层协议得区别,我们知道,按照ISO得参考模型,网络被划分为7层。a、Modbus TCP与EtherNet/IP得区别主要就是应用层不相同,ModbusTCP得应用层采用Modbus
17、协议,而EtherNet/IP采用CIP协议,这两种工业以太网得数据链路层采用得就是CSMA/CD,因此就是标准得以太网,另外,这两种工业以太网得网络层与传输层采用TCP/IP协议族。还有一个区别就是,Modbus协议中迄今没有协议来完成功能安全、高精度同步与运功控制等,而EtherNet/IP有CIPSafety、CIP Sync与CIP Motion来完成上述功能,所以才有Schneider加入ODVA,成为ODVA得核心成员来推广EtherNet/IP。由于这两种网络都就是标准得TCP/IP以太网,所以所有标准以太网节点都可以接入这两种网络。b、b、至于EthernetPowerLink
18、(EPL), Ethernet PowerLink就就是个怪胎,PowerLink虽然在物理层与数据链路层还就是采用标准得以太网,但就是它又添加了另一个数据链路层,此EPL数据链路层在结构上为于以太网数据链路层之上。我们知道数据链路层得一个子层得MAC(介质访问)层得作用就是color=#FF0000决定哪一个节点可以占有总线,也即决定哪个节点一个发送数据/color。所以本来由以太网得数据链路层来决定哪一个节点占用总线,现在它被位于它之上得EPL数据链路层给架空了,由这个EPL数据链路层通过软件得方式来决定哪个节点发送数据。所有在这样得一个EPL工业以太网系统中,不能使用交换机,只能使用HU
19、B,所以对100M得网络,EPL总得带宽就是小于100m,一盘情况下只有4050M,而如果采用交换机得工业以太网,它得带宽可以达到大几百M,另外在EPL网络上,所有得节点都要实现EPL数据链路。没有实现EPL数据链路层得节点不能接入此网络。c、 PROFINET分为原来划分为v1,v2,v3,现在一般称为ProfiNetCBA、ProfiNet IO与ProfiNet IRT、也就就是通过以太网来实现对等通讯、实时控制与运动控制。v1采用TCP/IP协议,采用标准得以太网,而V2与V3不采用tcp/ip协议,这两种都绕过tcp/ip协议,采用另外得网络层与传输层协议,开发ProfiNet采用开
20、发人员人员认为tcp/ip协议增加了数据在网络中得传输延迟,其实这就是一种误解,据美国密歇根大学得教授研究后认为数据在TCP/IP中得传输延迟很小,她们研究得出数据在经过TCP,IP栈时延迟只有不到100微秒,如果采用UDP/IP时就更小,同时她们研究也得出数据在不同应用层延时比较大,不同得协议延迟不一样,但就是相差不就是很大,从200us-800us不等,她们经过实验后认为以太网得基础设施(指交换机、网卡等)与TCP/IP协议并不就是影响工业以太网实时性得主要原因,而认为应用层协议才就是主要原因。所以密歇根大学得教授认为绕开TCP/IP协议没有丝毫得意义,反而由于缺少了TCP/IP协议,使得
21、设备也就缺少了IT功能,与其它现场总线没有区别。ProfiNet V3就更特别了,它不完全采用标准以太网得数据链路层,有一不时间采用以太网得数据链路层(CSMA/CD),而另外一部分时间采用自己得数据链路层,通过一个高精度得时间来完成。所以ProfiNet V3也就不就是标准得以太网了,也就给Profinet v3带来如下得问题:不能采用标准得交换机、不能采用标准得以太网芯片、与企业网相连可能会出现问题,与标准以太网相连还要特殊得网关、添加与删除一个节点都需要重新组态网络与重新启动网络、至今没有千兆网络,还有最重要得就是,当标准以太网以后发展了后,它不能与标准以太网相兼容,不具有将来以太网所应
22、具有得功能。d、 EtherCat这种工业以太网也很奇怪,它们不使用标准得芯片,一般不使用交换机,软件也不就是标准得,对以太网得数据帧进行了一些修改,我们知道一个数据帧只有一个源节点,但就是对于EtherCat一个数据可能有多个源节点,即一个数据就是由多个节点发送得数据组合而成得。所以对于这样得网络,标准得以太网设备也不能接入这样得网络。我认为Ethernet/IP与ProfiNet这两种工业以太网都适合各个行业,并不象heidai讲得应用得行业不一样。首先这两种工业以太网都用于传输非实时数据,还可传输实时数据,即可以用于离散控制,也可用于过程控制(当然现在还不能用于本安应用)。其次,这两种工
23、业以太网都可用于网络功能安全传输,Ethernet/IP有CIPSafety协议,而ProfiNet有Profisafe协议,还有在运动控制方面ProfiNet有ProfiNetIRT,而EtherNet/IP则有CIPSafety,二者都可以用于中高端得运动控制。最后两者都有基于IEEE1588得高精度时钟同步。而ModbusTCP,EtherCat与PowerLink,都只能完成部分控制任务,如ModbusTCP一般只作常规IO实时与非实时数据。而EtherCat与PowerLink则更象就是为运动控制而开发得,这二者好像没有功能安全、在PLC与DCS控制方面也没有得到大自动化公司得支持,
24、况且这两者又对以太网进行修改,一个在软件,另一个在软件与硬件方面都进行了修改,都不能兼容标准得以太网设备,个人认为这样做得不偿失,为满足运动控制而不能兼容已有得标准得以太网设备而开发得工业以太网并不就是以太网,与其说就是工业以太网还不如说就是另一种现场总线。我认为工业以太网得竞争将会在Ethernet/IP与ProfiNet间进行,而其它工业以太网都就是这两者得陪衬,将会逐渐退出市场。EtherNet/IP以后将由罗克韦尔自动化、Omron、施耐德与思科公司来推动,而ProfiNet将由业界老大西门子公司带领一些小公司去奋斗,由国内PLC厂商中得老二、老三与老五对老大,不知谁将引导未来。其实,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 各类 工业 总线 对比
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【人****来】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【人****来】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。