西门子6ES7223-1BL22-0XA8技术参数

  工业以太网是按照工业控制的要求， 发展适当的应用层和用户层协议， 使以太网和TCP/ IP 技术真正能应用到控制层， 延伸至现场层， 而在信息层又尽可能采用 IT 行业一切有效而又*新的成果。 因此， 工业以太网与以太网在工业中的应用全然不是同一个概念。

    目前， 4 种主要的工业以太网除了在物理层和数据链路层都服从 IEEE 802. 3 外， 在应用层和用户层协议均无共同之处。 这主要是因为它们的应用领域和发展背景不同。 如果把应用领域分为离散制造控制和连续过程控制， 而又把网络细分为设备层、 I/ O 层、 控制层和监控层， 那么各种工业以太网及其相关现场总线的应用定位就一目了然， 如图1所示。 其中， 主要用于离散制造领域且*有影响的， 当推 Modbus TCP/ IP、 EtherNet/ IP、 IDA 和PROFInet。 在全球 plc 市场居**地位的 Siemens 不遗余力地推动 PROFInet/ PROFIBUS 组合； Rockwell Automation 和 Omron 以及其他一些公司致力于推进 EtherNet/ IP 及其姐妹网络———基于 CIP 的 DeviceNet 和 ControlNet； Schneider 则加强它与 IDA 的联盟。 而在过程控制领域只有 FF HSE 一家。 看来， 它成为过程控制领域中唯一的工业以太网标准已成定局。

    在监控级， opc DX 可作为 EtherNet/ IP、 FF HSE 和 PROFInet 数据交换的 “软件网桥”。 现场总线基金会、 ODVA 和 PROFIBUS 国际组织 （PROFIBUS International， PI） 这三大国际性工业通信组织， 合力支持 OPC （OLE for Process Control） 基金会的 DX 工作组制定的规范。

    由于它们各有不同的侧重点， 无法、 也不愿意寻求统一的协议。 折衷的办法就是宣布支持OPC DX， 找到一种进行有效的数据交换的中间工具———软件网桥。

图1 工业以太网与相关现场总线协议的应用定位

    看起来， INONA （工业自动化联网联盟） 和 OPC 基金会一直在试图缓和和调节这场潜在的标准之争。 但这场工业以太网协议之争， 并未因此停息。 这就是有些人所说的工业以太网大战取代了现场总线大战。 不同的是， 当年现场总线之争的焦点集中在物理层和数据链路层； 而当前工业以太网*大的差异， 即竞争的焦点却集中在应用层和用户层。

    此外， 还有一个显著的特点是， 一般工业以太网都有与之互补的设备层现场总线，见表。

表 工业以太网和与其互补的设备层现场总线

    其中*为简单、 实用的是 Modbus TCP/ IP。 它除了在物理层和数据链路层用以太网标准， 与 Modbus 采用 RS -232C、 RS -422 和 RS -485 不同外， 在应用层二者基本是一致的，都使用一样的功能代码。 它属于设备层中的工业以太网协议， 目前在 Modicon 的 PLC 中用得很多。 同时， 由于大多数工业以太网的竞争者都有与之互补的设备层网络， 而 IDA 是后来的参与者， 没有适合的设备层协议， 所以它增加了一个与 Modbus TCP/ IP 的接口， 在其网络结构中采用 Modbus TCP/ IP 作为设备层。

    具有大型自动化设备公司背景的工业以太网， 无例外地在控制级使用， 现场级仍然采用现场总线。 原因是什么？ 有人说是在保护自己的投资利益， 这也许没错。 但是， 如果从过程控制对现场仪表的要求来看却不难发现， 以太网要用到现场层目前还存在一些技术壁垒。 这主要是回路供电、 低功耗、 实时性、 本安防爆、 电磁兼容性和环境适应性。 这也许是更实际的一些技术原因。 低功耗是用于过程控制现场设备层仪表的关键技术， 涉及仪表的以下性能： 回路供电 （传输距离、 现场总线分支可挂仪表数量、 导线截面大小）； 本安防爆； 电磁敏感性。 目前以太网收发器的功耗较大， 一般均在60mA 以上。 现场设备 （如工业以太网的交换式集线器） 以及基于以太网的现场仪表的低功耗设计难以实现。 而获得本安防爆的*高传输频率为 1Mbit/ s， 远低于以太网的传输频率。 可见， 目前基于以太网的现场仪表尚不能完全满足上述要求。 从成本上说， 基于以太网的现场仪表若满足上述要求， 不比现场总线

仪表便宜。