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1.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

由于工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不單單是一個(gè)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，而且還是一個(gè)借助網(wǎng)絡(luò)完成控制功能的自控系統(tǒng)。它除了完成數(shù)據(jù)傳輸之外，往往還需要依靠所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令，執(zhí)行某些控制計(jì)算與操作功能，由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)完成自控任務(wù)。因而它需要在應(yīng)用、用戶(hù)等高層協(xié)議與規(guī)范上滿(mǎn)足開(kāi)放系統(tǒng)的要求，滿(mǎn)足互操作條件。

對(duì)應(yīng)于ISO/OSI七層通信模型，以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范只映射為其中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；而在其之上的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議，目前以TCP/IP協(xié)議為主（已成為以太網(wǎng)之上傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層“事實(shí)上的”標(biāo)準(zhǔn)）。而對(duì)較高的層次如會(huì)話(huà)層、表示層、應(yīng)用層等沒(méi)有作技術(shù)規(guī)定。目前商用計(jì)算機(jī)設(shè)備之間是通過(guò)FTP（文件傳送協(xié)議）、Telnet（遠(yuǎn)程登錄協(xié)議）、SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議）、HTTP（WWW協(xié)議）、SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）等應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行信息透明訪(fǎng)問(wèn)的，它們?nèi)缃裨诨ヂ?lián)網(wǎng)上發(fā)揮了非常重要的作用。但這些協(xié)議所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特性不適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信。

為滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，必須在Ethernet+TCP/IP協(xié)議之上，建立完整的、有效的通信服務(wù)模型，制定有效的實(shí)時(shí)通信服務(wù)機(jī)制，協(xié)調(diào)好工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)信息的傳輸服務(wù)，形成為廣大工控生產(chǎn)廠(chǎng)商和用戶(hù)所接收的應(yīng)用層、用戶(hù)層協(xié)議，進(jìn)而形成開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。為此，各現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組織紛紛將以太網(wǎng)引入其現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)體系中的高速部分，利用以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)，以及原有的低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用層協(xié)議，從而構(gòu)成了所謂的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。

(1)HSE(HighSpeedEthernet，高速以太網(wǎng))

HSE是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)在摒棄了原有高速總線(xiàn)H2之后的新作。FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)明確將HSE定位成實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的集成。由HSE鏈接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以太網(wǎng)的主干上并進(jìn)一步送到企業(yè)的ERP和管理系統(tǒng)。操作員在主控室可以直接使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備同樣也可以從網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。

HSE在低四層直接采用以太網(wǎng)+TCP/IP，在應(yīng)用層和用戶(hù)層直接采用FFH1的應(yīng)用層服務(wù)和功能塊應(yīng)用進(jìn)程規(guī)范，并通過(guò)鏈接設(shè)備(bbbbingDevice)將FFH1網(wǎng)絡(luò)連接到HSE網(wǎng)段上，HSE鏈接設(shè)備同時(shí)也具有網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)的功能，它的網(wǎng)橋功能能用來(lái)連接多個(gè)H1總線(xiàn)網(wǎng)段，使不同H1網(wǎng)段上的H1設(shè)備之間能夠進(jìn)行對(duì)等通信而無(wú)需主機(jī)系統(tǒng)的干預(yù)。HSE主機(jī)可以與所有的鏈接設(shè)備和鏈接設(shè)備上掛接的H1設(shè)備進(jìn)行通信，使操作數(shù)據(jù)能傳送到遠(yuǎn)程的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和報(bào)表功能。監(jiān)視和控制參數(shù)可直接映射到標(biāo)準(zhǔn)功能塊或者“柔性功能塊”(FFB)中。

(2)PROFInet

Profibus國(guó)際組織針對(duì)工業(yè)控制要求和Profibus技術(shù)特點(diǎn)，提出了基于以太網(wǎng)的PROFInet，它主要包含3方面的技術(shù)：①基于通用對(duì)象模型(COM)的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)；②規(guī)定了Profibus和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間的開(kāi)放、透明通信；③提供了一個(gè)包括設(shè)備層和系統(tǒng)層、獨(dú)立于制造商的系統(tǒng)模型。