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[導讀]   工業(yè)以太網(wǎng)的常見協(xié)議   1、ModbusTCP/IP   該協(xié)議由施耐德公司推出,以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中,使Modbus與以太網(wǎng)和TCP/IP

  工業(yè)以太網(wǎng)的常見協(xié)議

  1、ModbusTCP/IP

  該協(xié)議由施耐德公司推出,以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中,使Modbus與以太網(wǎng)和TCP/IP結(jié)合,成為ModbusTCP/IP。這是一種面向連接的方式,每一個呼叫都要求一個應答,這種呼叫/應答的機制與Modbus的主/從機制一致,但通過工業(yè)以太網(wǎng)交換技術大大提高了確定性,改善了一主多從輪詢機制上的制約。

  2、Profinet

  Profinet由Siemens開發(fā)并由ProfibusInternational支持,目前它有3個版本,第一個版本定義了基于TCP/UDP/IP的自動化組件。采用標準TCP/IP+以太網(wǎng)作為連接介質(zhì),采用標準TCP/IP協(xié)議加上應用層的RPC/DCOM來完成節(jié)點之間的通信和網(wǎng)絡尋址。它可以同時掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場設備?,F(xiàn)有的Profibus網(wǎng)段可以通過一個代理設備(proxy)連接到Profinet網(wǎng)絡當中,使整套Profibus設備和協(xié)議能夠原封不動地在Profinet中使用。傳統(tǒng)的Profibus設備可通過代理與Profinet上面的COM對象進行通信,并通過OLE自動化接口實現(xiàn)COM對象之間的調(diào)用。它將以太網(wǎng)應用于非時間關鍵的通信,用于高層設備和Profibus-DP現(xiàn)場設備技術之間,以便將實時控制域通過代理集成到一個高層的水平上。

  第二個版本中,Profinet在以太網(wǎng)上開辟了兩個通道:標準的使用TCP/IP協(xié)議的非實時通信通道,另一個是實時通道,旁路第三層和第四層,提供精確通信能力。該協(xié)議減少了數(shù)據(jù)長度,以減小通信棧的吞吐量。為優(yōu)化通信功能,Profinet根據(jù)IEEE802.p定義了報文的優(yōu)先級。最多可用7級。

  Profinet第三版采用了硬件方案以縮小基于軟件的通道,以進一步縮短通信棧軟件的處理時間。為連接到集成的以太網(wǎng)交換機,Profinet第三版還開始解決基于IEEE1588同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\動控制解決方案。

  3、Ethernet/IP

  Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應用的協(xié)議體系。它是由ODVA(OpenDevicenetVendorsAsso-caTIon)和ControlNeTInternaTIonal兩大工業(yè)組織推出的最新成員與DeviceNet和ControlNet一樣,它們都是基于CIP(ControlandInformaTIonProto-Col)協(xié)議的網(wǎng)絡。它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議,能夠保證網(wǎng)絡上隱式(控制)的實時I/O信息和顯式信息(包括用于組態(tài)、參數(shù)設置、診斷等)的有效傳輸。

  Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的應用層協(xié)議CIP。因此,它們使用相同的對象庫和一致的行業(yè)規(guī)范,具有較好的一致性。Ethernet/IP采用標準的Ethernet和TCP/IP技術傳送CIP通信包,這樣通用且開放的應用層協(xié)議CIP加上已經(jīng)被廣泛使用的Ethernet和TCP/IP協(xié)議,就構成Ethernet/IP協(xié)議的體系結(jié)構。

  4、EtherCAT

  EtherCAT(EthernetforControlAutomationTechnology)是由德國倍福Beckhoff公司開發(fā),并由EtherCAT技術組(EtherCATTechnologyGroup,ETG)支持。它采用以太網(wǎng)幀,并以特定的環(huán)狀拓撲發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡上的每一個站均從以太網(wǎng)幀上取走與該站有關的數(shù)據(jù),或并插入該站本身特定的輸入/輸出數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡內(nèi)的最后一個模塊向第一個模塊發(fā)送一個幀以形成和創(chuàng)建一個物理和邏輯環(huán)。EtherCAT還通過內(nèi)部優(yōu)先級系統(tǒng),使實時以太網(wǎng)幀比其他的數(shù)據(jù)(如組態(tài)或診斷數(shù)據(jù),等)具有較高的優(yōu)先級。組態(tài)數(shù)據(jù)只在傳輸實時數(shù)據(jù)的間隙(如間隙時間足夠傳輸?shù)脑挘┲袀鬏?,或者通過特定的通道傳輸。EtherCAT還保留標準以太網(wǎng)功能,并與傳統(tǒng)IP協(xié)議兼容。為了實現(xiàn)這樣的裝置,需要專用ASIC芯片,以集成至少兩個以太網(wǎng)端口,并采用基于IEEE1588的時間同步機制,以支持運動控制中的實時應用。

  5、Powerlink

  Powerlink由貝加萊B&R公司開發(fā),并由EthernetPowerlink標準化組(EthernetPowerlinkStandardisationGroup,EPSG)支持。

  Powerlink協(xié)議對第三、四層的TCP(UDP)/IP棧進行了擴展。它在共享式以太網(wǎng)網(wǎng)段上采用槽時間通信網(wǎng)絡管理(SlotCommunicationNetworkManagement,SCNM)中間件控制網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)流量。SCNM采用主從調(diào)度方式,每個站只有在收到主站請求的情況下,才能發(fā)送實時數(shù)據(jù)。因此,在一個特定的時間,只有一個站能夠訪問總線,所以沒有沖突,從而確保了通信的實時性。為此,Powerlink需采用基于IEEE1588的時間同步。在其擴展的第二版中,包括了基于CANopen的通信與設備行規(guī)。

  工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之網(wǎng)絡7層協(xié)議

  

  OSI的層次劃分:OSI將計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(architecture)劃分為以下七層:

  1、物理層 Physical Layer

  2、數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer

  3、網(wǎng)絡層 Network Layer

  4、傳輸層 Transport Layer

  5、會話層 Session Layer

  6、表示層 Presentation Layer

  7、應用層 Application Layer

  它和我們常用的TCP/IP的協(xié)議層有些相似,TCP/IP把1和2封裝為一層,3和4還是獨立的層,5和6和7封裝成為一層,也就是說TCP/IP只有四層,但是在此我講述的7層的具體意義。

  在這里我將假設一個場景,那就是把要傳輸數(shù)據(jù)的一方視為某個公司的經(jīng)理,網(wǎng)絡傳輸被視為這個經(jīng)理要把一件事情告訴另一個公司的經(jīng)理。

  網(wǎng)絡的A端:

  1、應用層:A公司經(jīng)理把他想要告訴B公司經(jīng)理的事情用嘴講了出來。

  2、表示層:秘書就把A公司經(jīng)理說的事情翻譯成為英文然后寫在了紙上。

  3、會話層:行政的職員把秘書寫的這封信,裝到了信封封裝好了,寫上了信封的信息。

  4、傳輸層:A郵局的職工把這封信取走。

  5、網(wǎng)絡層:A郵局的分派的職工,把這封信分派到指定送信區(qū)域。

  6、數(shù)據(jù)鏈路層:A郵局的裝箱的職工,就把一同送往這個區(qū)域的信封裝到一個木箱子里,然后送到A郵局物流站。

  7、物理層:A郵局的物流職工把木箱運到鐵路

  這里的鐵路就是網(wǎng)絡連接物理介質(zhì)

  網(wǎng)絡的B端:

  7、物理層:B郵局的物流職工把木箱從鐵路運到郵局的物流站。

  6、數(shù)據(jù)鏈路層:B郵局的拆箱的職工把物流站的木箱拆箱然后把所有的信件取出來。

  5、網(wǎng)絡層:B郵局的分派的職工,把這封信分派到指定送信區(qū)域。

  4、傳輸層:B郵局的職工把這封信送到B公司。

  3、會話層:B公司行政的職員把公司的信件整理并且拆封信件(假設這是公司允許的情況下)并送到各自部門的秘書手里。

  2、表示層:B公司秘書把信上的英文翻譯成為中文。

  1、應用層:B公司經(jīng)理聽秘書轉(zhuǎn)述給他這封信的內(nèi)容。

  到此為止一個完整的通過這7層的網(wǎng)絡通訊順利完成。接下來我將用技術術語并結(jié)合TCP/IP中的應用再描述一遍這7層協(xié)議。

 ?。?)應用層:與其他計算機進行通訊的一個應用,它是對應應用程序的通信服務的。例如,一個沒有通信功能的字處理程序就不能執(zhí)行通信的代碼,從事字處理工作的程序員也不關心OSI的第7層。但是,如果添加了一個傳輸文件的選項,那么字處理器的程序員就需要實現(xiàn)OSI的第7層。示例:telnet,HTTP,F(xiàn)TP,WWW,NFS,SMTP等。?

 ?。?)表示層:這一層的主要功能是定義數(shù)據(jù)格式及加密。例如,F(xiàn)TP允許你選擇以二進制或ASII格式傳輸。如果選擇二進制,那么發(fā)送方和接收方不改變文件的內(nèi)容。如果選擇ASII格式,發(fā)送方將把文本從發(fā)送方的字符集轉(zhuǎn)換成標準的ASII后發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收方將標準的ASII轉(zhuǎn)換成接收方計算機的字符集。示例:加密,ASII等。?

 ?。?)會話層:他定義了如何開始、控制和結(jié)束一個會話,包括對多個雙向小時的控制和管理,以便在只完成連續(xù)消息的一部分時可以通知應用,從而使表示層看到的數(shù)據(jù)是連續(xù)的,在某些情況下,如果表示層收到了所有的數(shù)據(jù),則用數(shù)據(jù)代表表示層。示例:RPC,SQL等。?

 ?。?)傳輸層:這層的功能包括是否選擇差錯恢復協(xié)議還是無差錯恢復協(xié)議,及在同一主機上對不同應用的數(shù)據(jù)流的輸入進行復用,還包括對收到的順序不對的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。示例:TCP,UDP,SPX。?

  (5)網(wǎng)絡層:這層對端到端的包傳輸進行定義,他定義了能夠標識所有結(jié)點的邏輯地址,還定義了路由實現(xiàn)的方式和學習的方式。為了適應最大傳輸單元長度小于包長度的傳輸介質(zhì),網(wǎng)絡層還定義了如何將一個包分解成更小的包的分段方法。示例:IP,IPX等。?

  (6)數(shù)據(jù)鏈路層:他定義了在單個鏈路上如何傳輸數(shù)據(jù)。這些協(xié)議與被討論的各種介質(zhì)有關。示例:ATM,F(xiàn)DDI等。?

  (7)物理層:OSI的物理層規(guī)范是有關傳輸介質(zhì)的特性標準,這些規(guī)范通常也參考了其他組織制定的標準。連接頭、針、針的使用、電流、電流、編碼及光調(diào)制等都屬于各種物理層規(guī)范中的內(nèi)容。物理層常用多個規(guī)范完成對所有細節(jié)的定義。示例:Rj45,802.3等。

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