工业控制网络

工业控制网络工业以太网和PROFInet（课程期末结课汇报）C目录ONTENTS01工业以太网02PROFInet03PROFInet的通信技术04应用案例第一章工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完整性有很高的要求。工业以太网Partone工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完成性有很高的要求。工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的第成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商。工业以太网随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。HSE(HighSpeedEthernet，高速以太网)。FF现场总线HSE是现场总线基金会在摒弃了原有高速总线H2之后的新作。FF现场总线基金会明确将HSE定位成实现控制网络与互联网Internet的集成。由HSE链接设备将H1网段信息传送到以太网的主干上并进一步送到企业的ERP和管理系统。操作员在主控室可以直接使用网络浏览器查看现场运行情况。现场设备同样也可以从网络获得控制信息。HSEPROFInetEPAPROFInet包含3方面的技术：①基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统；②规定了Profibus和标准以太网之间的开放、透明通信；③提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。EPA是EthernetforProcessAutomation的缩写，它是顺应广大仪器仪表开发企业与最终用户的要求，将Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领域的主流技术直接向下延伸，应用于工业控制现场设备（如变送器、执行机构、现场I/O等）间的通信，并在此基础上，建立的应用于工业现场设备间通信的开放网络通信平台，从而用以太网统一企业信息化系统中从底层的现场设备层到上层的控制层、管理层的通信网络，即所谓的“E（Ethernet）网到底”。Ethernet/IP几种常见的工业以太网工业以太网技术通信确定性与实时性快速以太网交换式以太网技术全双工通信又使得端口间两对双绞线(或两根光纤)上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突稳定性与可靠性专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备兼容性好，适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作等问题。01020304技术特点数据传输速率高、传输距离远，具有10～100M/bits的自适应传输速率，传输距离最大可达150km。可以通过Internet对企业生产进行远程监控。实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，实现企业管控一体化。抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。04快速的网络故障定位与诊断。0103050204以太网用于工业领域的关键问题Ethernet实时通信服务质量支持策略满足通信一致性和互可操作性的应用层、用户层协议规范网络可用性网络安全性本质安全与安全防爆技术Ethernet实时通信服务质量支持策略通信实时性问题总线供电对环境的适应性与可靠性的问题传统以太网由于采用载波监听多路访问/冲突检测的通信方式，在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输会产生传输延滞。以太网若采用UDP，它提供不可靠的无连接数据报传输服务，不提供报文到达确认、排序以及流量控制等功能，因此报文可能会丢失、重复以及乱序等。网络传输介质在用于传输数字信号的同时，还为网络节点设备提供工作电源，成为总线供电。工业以太网的总线供电问题还没有完美的解决方案。主要是本质安全和网络安全。工业以太网由于工作在工业环境之中，因此必须考虑本质安全问题；另外，由于使用了TCP/IP，因此可能会向商业网络一样，被病毒、黑客等非法入侵与非法操作而产生安全威胁。以太网用于工业领域的关键问题本质安全第二章PROFInetParttwoPROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式成为了IEC61158标准的第10种现场总线。概述PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式成为了IEC61158标准的第10种现场总线。PROFINET是一种基于工业以太网和IT标准的现场总线通信系统，具有比PROFIBUS更多的优点，因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。常见网络结构工业交换机双绞线双绞线PC机以太网接口S7-300S7-400PNPNET200SPNHMI星型PN常见网络结构线型PC机以太网接口S7-300S7-400PNPNET200SPNHMIPNPNPNPNPN双绞线要求使用带有交换功能的设备！1ms10ms100msInternet工厂自动化运动控制PROFINETTCP/IPReal-Time过程数据在一根电缆上的无约束的IT服务和实时数据传输IT-服务非实时实时(RT)同步实时(IRT)相应时间大约100ms性能类似于当前的现场总线轮询周期1ms，抖动精度1µsPROFInet时事通讯REAL-TIME协议遵循IEEE802.3标准化的报文格式符合IEEE的PROFINET实时信息帧0x0800:IP信息帧0x8892:PROFINET实时信息帧根据接收数据帧的ID来分配轮询传输(过程值)事件触发传输(报警和事件)状态信息设备和数据状态(e.g.运行,停止,错误)Pre-amble7bytesSourceMAC6bytesDest.MAC6bytesPriorityTagging*4bytesFrameID2bytesFCS4bytesProcessdataupto1440bytesSync1byteEther-type2bytes以太网信息帧(max.1526Bytes)StatusInformation4bytes以太网标准数据PROFINET使用交换技术使用端对端交换技术的原因世界通讯技术发展的最高水平有着进一步发展的前景防止碰撞全双工传输,平行数据交换QoS(优先实时数据信息)交换集成在设备里简化设备安装减少网络布线设备设备设备设备设备设备设备控制器控制器用EnhancedReal-TimeEthernetController(ERTEC)芯片实现实时性ERTEC200ERTEC400功能性PROFINET实时IEEE1588ARM946处理器2-口交换机PHY集成PROFINET实时IEEE1588ARM946处理器4-口交换机PCI-接口应用单设备兼容现场设备更强,更高的性能MC控制器Real-time交换机ASIC技术0.15µm技术外壳封装19x190.15µm技术外壳封装19x19交货开始2005年末系列供货2005年中系列供货0433K20020433K2002200ERTEC-交换机的功能标准功能；IEEE802.1D桥,IEEE802.1QVLAN支持IEEE1588实施功能；精确周期同步通讯系统日志最小交换延时捆绑直通和存贮转发功能自由中断冗余实时预处理传输介质目前PROFINET支持百兆以太网100BASE-TX，采用两对双绞屏蔽线(GP2×2系列)作为短距离信号传输。IEFC电缆GP2×2型系列名称特点适用范围GP2×2A型单股导体固定设备GP2×2B型较软电缆偶尔移动的设备GP2×2C型软电缆经常移动的设备GP2×2船用耐腐蚀船用设备传输介质GP2×2A型黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。连接器RJ45连接器M12连接器混合连接器RJ45连接器IP20防护FC型(工业中常用)IP20防护普通型IP67防护型M12连接器(4芯)A型B型D型1234混合连接器可同时进行通信和24V供电。电缆与连接器的连接方法名称功能导线颜色RJ45M12TD+发送数据黄11TD-发送数据橙23RD+接收数据白32RD-接收数据蓝64ProfiNet主要包括三方面技术(1)基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统；(2)规定了Profibus和标准以太网之间的开放、透明通信；(3)提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。PROFINET与PROFIBUS的比较名称PROFINETPROFIBUS最大传输速率100Mbit/s12Mbit/s数据传输方式全双工半双工网络拓扑结构星型、线型、树型线型一致性数据范围254字节32字节网段长度100m100m主站个数无限制多主站会影响速率诊断功能强弱运动控制响应速度快响应速度慢设备的网络定位能不能使用成本高低采用标准TCP/IP与以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协议加上应用层的PCM/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。ProfiNet工程师站COMDOMTCP/IPBusSystemsProxyEthernetproxyProfibusProtocol第三方现场装置标准应用COMDCOMTCP/IPDPTCP/IPDCOMACCOProfiNet控制器TCP/IPDCOMACCOProfiNet现场装置ProfiNet现场装置现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(Proxy)连接到ProfiNet网络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在ProfiNet中应用。TPS-1PROFINETIO器件芯片的主要规格概述：集成PROFINETIO协议栈、CPU、RAM和PHY集成具有8个优先级的IRT交换机（2个外部端口）并行和串行主机接口采用PROFINET2.3版本，支持RT和IRT，符合性等级CBGA封装：15mmx15mm/1mm间距功耗：800mW（平均值）特点：集成PROFINETCPU2个嵌入式快速以太网PHY主机CPU接口：SPI从接口，8或16位并行SPI主接口：与SPI从接口直接连接GPIO：48个GPIO引脚与数字外设信号直接连接IRT桥接延迟小于3µs时间戳分辨率：2.5ns共享内存接口配置：基于Windows的软件工具。西门子S7-400PLC1、电源模板2、电源状态指示灯3、CPU14、存储卡5、I/O模板6、I/O模板7、CPU28、CPU状态指示灯9、I/O模板10、通讯模板•功能强大的PLC，适用于中高性能控制领域•解决方案满足最复杂的任务要求•功能分级的CPU以及种类齐全的模板，总能为其自动化任务找到最佳的解决方案•实现分布式系统和扩展通讯能力都很简便，组成系统灵活自如•用户友好性强，操作简单，免风扇设计•随着应用的扩大，系统扩展无任何问题•使用STEP7编程软件，STEP7V5.5或者STEP7V11及以上，编程语言支持：LAD、FBD、STL、SCL、CFC、S7-GRAPH•支持用户程序保护功能S7-400在编程、启动和服务方面有众多特点：•高速指令处理•用户友好的参数设置•用户友好的操作员控制和监视功能（