在本系列的第一部分中，我們研究了以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化和控制領(lǐng)域相對于現(xiàn)場總線的眾多優(yōu)勢。以太網(wǎng)解決方案提供卓越的帶寬和更低的設(shè)備成本，并能夠作為連接工廠車間和企業(yè)IT的單一網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到整個(gè)工廠?？紤]到第三個(gè)特征，我們還在第二部分中開始深入研究融合全廠以太網(wǎng)（CPwE），這是共同開發(fā)的參考架構(gòu)。 由羅克韋爾自動(dòng)化和思科合作，鼓勵(lì)通過結(jié)合使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和 IP 套件來實(shí)現(xiàn) IAC 系統(tǒng)的現(xiàn)代化。

CPwE 概述和總結(jié)

CPwE 的核心是幫助制造商克服不同傳統(tǒng)串行網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)服務(wù)集成、直接維護(hù)和高可用性，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等用例做好準(zhǔn)備。通過將 IT 和控制工程師以及他們監(jiān)督的相應(yīng)系統(tǒng)整合到同一個(gè)帳篷下，CPwE 理想地優(yōu)化了工業(yè)運(yùn)營，以充分利用原材料并確保按時(shí)生產(chǎn) 和服務(wù)交付。

EtherNet/IP 一直是 CPwE 的主要載體，因?yàn)樗撬伎埔蕴W(wǎng)到工廠框架（包括安全和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）與羅克韋爾自動(dòng)化的集成架構(gòu)及其 Logix Control 和 FactoryTalk 平臺之間的鏈接。CPwE 實(shí)施中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過其本機(jī) EtherNet/IP 支持實(shí)現(xiàn)通用的工業(yè)協(xié)議集成。

EtherNet/IP 使用標(biāo)準(zhǔn)的、未經(jīng)修改的以太網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種全面的端到端網(wǎng)絡(luò)集成，這是通過專用現(xiàn)場總線無法實(shí)現(xiàn)的。思科-羅克韋爾合作伙伴關(guān)系還通過支持基于 IEEE 802.11 Wi-Fi 的 WLAN，簡化了整體 CPwE 實(shí)施。這些 WLAN 具有精細(xì)的服務(wù)質(zhì)量和流量優(yōu)先級功能，有助于克服經(jīng)常困擾工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的干擾和覆蓋障礙。

基于標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET設(shè)計(jì)允許通過CPwE進(jìn)行交互。

這一次，我們將超越EtherNet/IP，關(guān)注其他在某種程度上支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。畢竟，CPwE 價(jià)值主張的一部分是能夠促進(jìn)主要在第 2 層 LAN 模型中通信的 IAC 網(wǎng)絡(luò)之間的互連和互操作性?；跇?biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET設(shè)計(jì)都允許通過CPwE進(jìn)行這種級別的交互。以太網(wǎng)、IP 和 TCP/UDP 可分別在第 2、3 和 4 層用于運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。

Modbus TCP和PROFINET用于互操作和互連網(wǎng)絡(luò)

讓我們看一下兩種基于以太網(wǎng)的解決方案——Modbus TCP和幾個(gè)版本的PROFINET——它們可以與EtherNet/IP和其他協(xié)議（例如HTTP、FTP、Telnet等）進(jìn)行交互，而無需實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口卡和/或交換基礎(chǔ)設(shè)施。這兩種標(biāo)準(zhǔn)都很受歡迎，截至2015年1月，PROFINET占所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的8%，Modbus TCP占據(jù)同一市場的3%。

Modbus TCP

Modbus TCP是廣泛使用的供應(yīng)商中立Modbus協(xié)議的變體，該協(xié)議最初由施耐德電氣于1979年推出。在Modbus使用串行連接的地方，Modbus TCP使用以太網(wǎng)作為其物理網(wǎng)絡(luò)，并支持TCP / IP堆棧通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Modbus TCP于1999年標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在可以在任何帶有TCP / IP套接字的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

Modbus TCP的開放，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使其成為可互操作環(huán)境的絕佳選擇。它可以使用常規(guī)的PC以太網(wǎng)卡運(yùn)行，而且由于專門分配了以太網(wǎng)端口502，因此它是面向未來的?，F(xiàn)在由Modbus組織管理（自2004年以來），在施耐德最初開發(fā)之后，Modbus是一個(gè)開放項(xiàng)目，擁有廣泛的供應(yīng)商社區(qū)，致力于越來越具有成本效益的解決方案。

使用TCP / IP而不是UDP可以在Modbus TCP中實(shí)現(xiàn)大量并發(fā)連接，以及對數(shù)據(jù)事務(wù)的低維護(hù)控制。通過這種方式，Modbus TCP與其Modbus家族前輩的無狀態(tài)事務(wù)不同，并模仿了萬維網(wǎng)的極簡主義。

“[在Modbus TCP中使用TCP / IP]的主要原因是通過將其包含在可以識別，監(jiān)督和取消的連接中來保持對單個(gè)'事務(wù)'的控制，而無需客戶端和服務(wù)器應(yīng)用程序的特定操作，”Modbus TCP的實(shí)時(shí)自動(dòng)化指南解釋說。4.“這使該機(jī)制對網(wǎng)絡(luò)性能變化具有廣泛的容忍度，并允許輕松添加防火墻和代理等安全功能。

普羅菲特

在這里的其他幾個(gè)條目中涵蓋了PROFINET，5我們不會(huì)深入研究該協(xié)議的所有功能。然而，值得注意的是，它的設(shè)計(jì) - 支持標(biāo)準(zhǔn)TCP / IP，以及繞過TCP / IP的特殊堆棧，用于在PROFINET I / O和IRT中傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) - 特別適合平衡辦公室以太網(wǎng)的便利性與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求。

與Modbus TCP一樣，PROFINET主要用于工業(yè)自動(dòng)化過程控制。它支持簡化布線（例如，通過西門子的 FastConnect 系統(tǒng)）、WLAN 上的確定性性能以及與星形、樹形和環(huán)形拓?fù)涞募嫒菪裕ǔ爽F(xiàn)場總線的線性布局）使其成為簡化布局和提高現(xiàn)代 IAC 系統(tǒng)性能的熱門選擇。6此外，能夠輕松地從最受歡迎的現(xiàn)場總線 PROFIBUS 過渡 和當(dāng)前使用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò) — 使 PROFINET 集成成為許多制造商的輕松決策。

PROFINET，Modbus TCP和EtherNet/IP都是以太網(wǎng)等無處不在的技術(shù)如何用作精確，可擴(kuò)展和工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)的很好的例子。以太網(wǎng)在工廠中的優(yōu)勢始終在于其熟悉性和靈活性 - 它可以統(tǒng)一工業(yè)和辦公網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在帶寬和對TCP / IP的直接支持等關(guān)鍵領(lǐng)域超越現(xiàn)場總線。CPwE 等架構(gòu)和項(xiàng)目（如時(shí)間敏感）的持續(xù)開發(fā) 網(wǎng)絡(luò)（TSN）只會(huì)在未來幾年擴(kuò)大以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)的影響力，并為現(xiàn)在和未來的更高效的工廠做出貢獻(xiàn)。

審核編輯：郭婷