1 引言

    工業(yè)以太網(wǎng)( EtherNet/ IP) 技術(shù)的發(fā)展已日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，由于以太網(wǎng)技術(shù)不斷普及，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成本顯著下跌�？紤]到這些因素，對(duì)于多數(shù)控制系統(tǒng)EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)將是非常明智的選擇。EtherNet/ IP 工業(yè)以太網(wǎng)支持“所見(jiàn)即所得”的控制編程，與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方案相比能夠顯著縮短設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的時(shí)間及經(jīng)費(fèi) 。EtherNet/ IP 是一種開(kāi)放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用現(xiàn)有商用以太網(wǎng)技術(shù)、芯片以及物理介質(zhì)。自二十世紀(jì)七十年代中期問(wèn)世以來(lái)，以太網(wǎng)已經(jīng)成為世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)之所以能夠廣泛普及，正是由于它在全球范圍內(nèi)擁有眾多的設(shè)備供應(yīng)商。因此，選擇以太網(wǎng)不僅符合當(dāng)今技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，而且還能從Internet 上獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

2 成熟網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

    2. 1 NetLinx 體系架構(gòu)特點(diǎn)

    讓自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定高效地工作，將所有設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)連起來(lái)，達(dá)到讓最簡(jiǎn)單的設(shè)備都能連接到其中是工業(yè)界追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)方法是在車(chē)間對(duì)完成不同任務(wù)的設(shè)備安裝成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但解決不了更大范圍內(nèi)推廣且采用不同的協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型。羅克韋爾的NetLinx 體系架構(gòu)能讓這些設(shè)備使用同一種“語(yǔ)言”進(jìn)行溝通。這將對(duì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高、減少設(shè)備投資、生產(chǎn)線(xiàn)改型有所幫助。

    2. 2 從車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)到Internet 連接方式

    作為羅克韋爾自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的NetLinx 能夠?qū)崿F(xiàn)從車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)到企業(yè)管理系統(tǒng)的無(wú)縫連接與集成。在NetLinx 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，所有設(shè)備都能用一種語(yǔ)言進(jìn)行溝通并共享通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。NetLinx 能夠使信息在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)管理系統(tǒng)之間無(wú)縫傳輸，可以與Internet 進(jìn)行連接， 拓展電子商務(wù)應(yīng)用范圍。

    NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的。它能夠在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制、配置和數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)化車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。對(duì)實(shí)時(shí)性有苛刻要求的數(shù)據(jù)(例如I/ O 控制) 和常規(guī)信息報(bào)文，應(yīng)用NetLinx 都能使信息在網(wǎng)絡(luò)中順暢的傳輸。

    NetLinx 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示， 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的DeviceNet (設(shè)備網(wǎng))，ControlNet (控制網(wǎng)) 和EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)均使用相同應(yīng)用層協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備可以相互進(jìn)行通訊，無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或編制特殊程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)共享�；�于NetLinx 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)和協(xié)議使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、性能更高，能夠?qū)θ魏蔚攸c(diǎn)，任何網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行控制、配置和數(shù)據(jù)采集。

    圖1 NetLinx 體系結(jié)構(gòu)

    2. 3 CIP 與EtherNet/ IP 工業(yè)以太網(wǎng)

    Netlinx 網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)工廠大系統(tǒng)控制要求，但以太網(wǎng)作為控制網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必然趨勢(shì)，正從不同途徑進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域， 其應(yīng)用形式是EtherNet + TCP/ IP ， TCP/ IP 協(xié)議是Internet 的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，是以太網(wǎng)中最為通用的協(xié)議。

    在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，雖然某些自動(dòng)化廠商設(shè)備能夠工作在以太網(wǎng)上，也采用了TCP/ IP 協(xié)議，但它們卻有不同的應(yīng)用層協(xié)議。這樣在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)中，不同自動(dòng)化廠商的設(shè)備即便可以與局域網(wǎng)相連，在物理上能夠?qū)崿F(xiàn)共存，卻不能進(jìn)行設(shè)備之間的互操作。比如，A 廠商的PLC 不能通過(guò)TCP/ IP 連接，方便地共享B 廠商PLC 中的數(shù)據(jù);或者A 廠商工作站內(nèi)的軟件不能對(duì)B廠商的設(shè)備編程或者配置。由于缺乏互操作性，即便在同一個(gè)以太網(wǎng)中，用戶(hù)也很難將不同廠商的以太網(wǎng)設(shè)備集成在一起，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。

    應(yīng)運(yùn)而生的EtherNet/ IP ，它支持隱式報(bào)文(實(shí)時(shí)I/ O 控制數(shù)據(jù)) 和顯式報(bào)文(信息交換)。EtherNet/ IP使用已成為通用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議―― TCP/IP 協(xié)議， 而且采用通用的應(yīng)用層協(xié)議――CIP 協(xié)議。通過(guò)CIP 協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)I/ O 控制及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息交換。EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是支持TCP/ IP和CIP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。同基于CIP 協(xié)議的DeviceNet 和ControlNet 網(wǎng)絡(luò)一樣， EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)也采用生產(chǎn)者/ 消費(fèi)者( Producer/ Consumer) 網(wǎng)絡(luò)通訊模式。如圖2 通信協(xié)議結(jié)構(gòu)， Ethernet/ IP 協(xié)議能夠與任何現(xiàn)有的協(xié)議共存且運(yùn)行在TCP/ UDP 傳輸層之上。

    圖2 CIP 協(xié)議與其它應(yīng)用層協(xié)議共存

    借助EtherNet/ IP ， 從工廠實(shí)時(shí)工業(yè)控制到Intramet ，甚至Internet 的連接，都是基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)如下功能:設(shè)備程序維護(hù)、MIS 或MES系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備交換數(shù)據(jù)、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)、控制設(shè)備監(jiān)管、操作員終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊、事件記錄或報(bào)警等。CIP 通用工業(yè)協(xié)議是NetLinx 開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心組成部分，它提供如下功能:

    1) 通用的控制功能――標(biāo)準(zhǔn)的信息服務(wù)功能，貫穿于NetLinx 架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)。

    2) 通用的通訊功能――能夠連接到其它網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行設(shè)備配置和數(shù)據(jù)采集。

    3) 通用的信息路由――數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)間傳輸，不需規(guī)劃路由表或編程，節(jié)省系統(tǒng)配置時(shí)間和精力。

    3 理想化控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)

    在新經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，生產(chǎn)企業(yè)必須不斷優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，提高產(chǎn)出的同時(shí)最大限度地利用生產(chǎn)資源。同時(shí)企業(yè)必須保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)非預(yù)期的停機(jī)時(shí)間最少，減少因此帶來(lái)的損失。產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，人們對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化程度要求日益提高，都要求生產(chǎn)系統(tǒng)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成組態(tài)，縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間。日益嚴(yán)格的行業(yè)法規(guī)等也都越來(lái)越要求生產(chǎn)系統(tǒng)能夠以最有效的方式滿(mǎn)足這些法規(guī)要求，同時(shí)向管理者提供生產(chǎn)方面最大的透明性。解決這些問(wèn)題的一個(gè)重要方案就是不斷提高生產(chǎn)系統(tǒng)的信息化水平，而提高生產(chǎn)系統(tǒng)的信息化水平就要借助快速發(fā)展的工業(yè)以太網(wǎng)。

    圖3 基于EtherNet/ IP 工業(yè)以太網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    基于EtherNet/ IP 工業(yè)以太網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3 所示。該系統(tǒng)分為三層:現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)控制級(jí)、上位機(jī)監(jiān)控及管理級(jí)和遠(yuǎn)程監(jiān)控級(jí)。

    現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備采用控制器進(jìn)行控制， 用戶(hù)通過(guò)EtherNet/ IP 遠(yuǎn)程掃描現(xiàn)場(chǎng)I/ O ，將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的任何控制器。連接設(shè)備包含一個(gè)簡(jiǎn)單的Web 接口，允許用戶(hù)遠(yuǎn)程獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷信息，組態(tài)以太網(wǎng)參數(shù)如IP 地址。在RSLinx 中進(jìn)行控制器組態(tài)使上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。通過(guò)EtherNet 獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通訊。

    通過(guò)該結(jié)構(gòu)我們可以將簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到公司內(nèi)部網(wǎng)Interanet 全部聯(lián)網(wǎng)到工業(yè)以太網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程更為有效的控制;由單一網(wǎng)絡(luò)從頂層到車(chē)間一網(wǎng)貫通，減少人員培訓(xùn)、安裝、庫(kù)存方面的費(fèi)用;利用冗余技術(shù)來(lái)減少整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的非預(yù)期停機(jī)。

4 EtherNet/ IP 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

    比較目前市場(chǎng)上已發(fā)布的工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)技術(shù)，EtherNet/ IP 有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):

    (1)EtherNet/ IP 使用標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP 以太網(wǎng)EtherNet/ IP 工業(yè)用戶(hù)能直接受益于標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP 以太網(wǎng)持續(xù)創(chuàng)新、功能增強(qiáng)和成本降低等帶來(lái)的好處。

    (2)EtherNet/ IP 使用標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP 以太網(wǎng)EtherNet/ IP 支持在標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP 以太網(wǎng)上為提供IT服務(wù)所開(kāi)發(fā)的任何應(yīng)用層協(xié)議， 如HTTP、SNMP、SMTP 等。比如，運(yùn)行人員打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器軟件，象訪問(wèn)某網(wǎng)站一樣， 可方便瀏覽、組態(tài)、診斷并監(jiān)視EtherNet/ IP 設(shè)備。

    (3)EtherNet/ IP 與“通用工業(yè)協(xié)議( CIP) ”的結(jié)合，可以覆蓋各種工業(yè)應(yīng)用要求。當(dāng)未來(lái)新型的通訊手段出現(xiàn)時(shí)，人們可以方便地將其移植到更高性能的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施，并提供全部的網(wǎng)絡(luò)功能，保證與原有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或者以太網(wǎng)技術(shù)的透明性和一致性。

    (4)“通用工業(yè)協(xié)議(CIP)”已經(jīng)擴(kuò)展達(dá)到SIL3 認(rèn)證的、使用一整套在應(yīng)用層上附加的通訊管理機(jī)制和服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能安全的CIP Safety。有多個(gè)公司已經(jīng)在2005 年初發(fā)布了符合SIL3 認(rèn)證的DeviceNetSafety I/ O 模塊及控制器。

    (5)EtherNet/ IP 從EMC、安裝防護(hù)等級(jí)各方面作出規(guī)定，保證EtherNet/ IP 產(chǎn)品的嚴(yán)格工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。EtherNet/ IP 使用標(biāo)準(zhǔn)TCP/ IP 以太網(wǎng)技術(shù)，保證用戶(hù)在工業(yè)環(huán)境場(chǎng)合可使用工業(yè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī);在非工業(yè)環(huán)境場(chǎng)合，用戶(hù)可利用已有的普通標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品擴(kuò)展EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)論

    EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)不僅在技術(shù)上已經(jīng)得到普及，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。目前，許多EtherNet/ IP 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品都內(nèi)置有Web 服務(wù)器，為用戶(hù)提供相關(guān)設(shè)備診斷信息。在今后發(fā)展中，將不斷擴(kuò)展這些功能，包括提供數(shù)據(jù)表訪問(wèn)、用戶(hù)自定義Web 頁(yè)面、電話(huà)呼叫和電子郵件信息發(fā)送等功能。隨著控制系統(tǒng)越來(lái)越開(kāi)放，控制系統(tǒng)將會(huì)面臨來(lái)自?xún)?nèi)部員工或者外部攻擊者的侵?jǐn)_。這就需要采取一系列措施，對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)的安全策略加以改進(jìn)，保護(hù)用戶(hù)生產(chǎn)線(xiàn)以及與之相集成的商務(wù)系統(tǒng)EtherNET/ IP 網(wǎng)絡(luò)具有非常強(qiáng)大的功能，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常復(fù)雜，要求也非常多，這就需要一項(xiàng)能夠覆蓋大多數(shù)工業(yè)方面要求的技術(shù)。EtherNET/ IP 是一個(gè)完全開(kāi)放的技術(shù)，這種開(kāi)放將使這項(xiàng)技術(shù)更快地在世界范圍內(nèi)得以推廣。  

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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本文標(biāo)題：基于Ethernet／IP信息化控制系統(tǒng)展望

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