自动化领域最值得关注的工业通讯网络

工业通信收集是物联网技能领域最生动的倾向之一,也是支撑智能制造发展的基本技能。跟着新一轮工业革命的到来,现已成为主动化领域热门,尤其主动化工场的扶植,更是离不开高效、快速的通信收集。如今工业常用的工业通信收集有哪几种,都有什么特点?这篇文章来揭晓。

Ethernet/IP

Ethernet/IP是一个面向工业主动化运用的工业运用层协定,在CI和ODVA颁布EtherNet/IP规范一年之后,罗克韦尔主动化宣布了第一代基于EtherNet/IP的产品,重要集中在Allen-Bradley ControlLogix、ProcessLogix、PLC-5、SLC-500系列控制器上。如今,越来越多的厂商已经或者正在计划推出他们自己的EtherNet/IP产品。

EtherNet/IP协定采取TCP/IP协定发送“显性”报文,每个信息包中不仅包含有具体运用轨范数据,还包含有对这些数据的说明,以及如何对这些数据进行处置的信息。因为EtherNet/IP协定充分运用了TCP/IP和UDP/IP协定的优点,将其融会在同一收集中,使得EtherNet/IP不仅能用于通俗的信息处置,还能用于传输对时光有刻薄要求的控制信息。

PROFINET

PROFINET由西门子公司和 Profibus 用户协会开辟,具有多制造商产品之间的通信才能,主动化和工程模式,并针对分布式智能主动化体系进行了优化。其运用成果可以或许年夜大节省设置设备摆设和调试费用。 PROFINET 体系集成了基于 Profibus 的体系,供给了对现有体系投资的保护。它也可以集成其它现场总线体系。

PROFINET 是一种支撑分布式主动化的高级通信体系。除了通信功能外,PROFINET 还包含了分布式主动化概念的规范,这是基于制造商无关的对象和衔接编纂器和 XML 设备描写措辞,是独一运用已有的 IT 尺度,没有界说其专用工业运用协定的总线。它的对象模式的是基于微软公司组件对象模式 (COM) 技能。对于收集上所有分布式对象之间的交互操作,均运用微软公司的 DCOM 协定和尺度 TCP 和 UDP 协定,是新一代基于工业以太网技能的主动化总线尺度。

EtherCAT

EtherCAT是一种基于以太网的开辟构架的及时工业现场总线通信协定,2003年被引入市场,2007年成为国际尺度,并于2014年成为中国国度尺度。相对于设置了相同轮回时光的其他总线体系,EtherCAT体系构造常日能削减25%-30%的CPU负载。EtherCAT在收集拓扑构造方面没有任何限制,最多65535个节点可以构成线型、总线型、树型、星型或者随意率性组合的拓扑构造。

运用分布时钟的精确校准EtherCAT供给了有效的同步解决计划,在EtherCAT中,数据交换完整基于纯洁的硬件设备。因为通信运用了逻辑环网构造和全双工快速以太网而又有实际环网构造,“主站时钟”可以简略而精确地肯定对每个“从站时钟”的运行赔偿,反之亦然。分布时钟基于该值进行调解,这意味着它可以在收集规模内供给旗子暗记颤抖小、精确的时钟。

OPC UA

OPC UA是工业主动化领域比拟常用的的通信协定,是运用轨范和现场控制体系连接的尺度。今朝,OPC基金会正在年夜年夜力推进新一代技能OPC UA的开辟与运用,它有解决诸多工业4.0和物联网家当相干的通信问题的潜质。

OPC UA具有诸多优势

1)具有拜访同一性,有效地将现有的OPC规范 (DA、A&E、HDA、命令、庞杂数据和对象类型) 集成进来,成为如今的新的OPC UA规范。

2)OPC UA 规范可以经由过程任何单一端口进行通信。这让穿越防火墙不再是OPC通信的路障,并且为提高传输机能, OPC UA新闻的编码格式可所以XML文本格局或二进制格式,也可运用多种传输协定进行传输,比如:TCP和经由进程HTTP的收集做事。

3)OPC UA的尺度冗余模型也使得来自不合厂商的软件运用可以同时被采取并彼此兼容。

4)OPC UA 访问规范明白提出了尺度安然模型, 每个OPC UA运用都必须实施OPC UA安然协定, 这在提高互通性的同时下降了保护和额外设置设备摆设费用。

5)OPC UA软件的开辟不再依靠和局限于任何特定的操作平台。

Devicenet

Devicenet是90年月中期发展起来的一种基于CAN(Controller Area Network)技巧的开放型、相符全球工业尺度的低成本、高机能的通信收集,最初由美国Rockwell公司开辟运用。

Devicenet的很多特点沿袭于CAN,CAN总线是一种设计优越的通信总线,它重要用于及时传输控制数据。DeviceNet的重要特点是:短帧传输,每帧的最年夜年夜数据为8个字节;无损坏性的逐位仲裁技能;收集最多可衔接64个节点;数据传输波特率为125kb/s、250kb/s、 500kb/s;点对点、多主或主/从通信方法;采取CAN的物理和数据链路层规约。

HART

HART是由艾默生提出的一个过度性总线尺度,重要特点是在4-20毫安电流旗子暗记上面叠加数字旗子暗记,但该协定并未真正开放,要参加他的基金会才能拿到协定,而参加基金会要必定的费用。HART技能重要被国外几家年夜公司垄断,近些年国内也有公司在做,但还没有达到国外公司的水平。

如今有很多智能仪表带有[HART圆卡],支撑HART通信功能。但从国内情况来看,还没有真正用到这部门功能来进行设备联网监控,最多只是运用手操器对其进行参数设定。从久远来看,因为HART通信速度低、组网艰苦等原因,HART仪表的运用将呈下滑趋势。

CC-Link

CC-Link即控制与通信链路体系,2005年7月CC-Link被中国国度尺度委员会赞同为中国国度尺度指导性技能文件。由三菱为主导的多家公司合营推出,是一种开放式现场总线,其数据容量年夜,通信速度多级可选择,可以或许顺应于较高的治理层收集到较低的传感器层收集的不合规模。

一般情况下 ,CC-Link 全部一层收集可由 1 个主站和 64 个从站构成。收集中的主站由 PLC担负, 从站可所以远程I/O模块 、特殊功能模块 、带有 CPU 和 PLC 本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表 、阀门等现场仪表设备 。且可实现从 CC-Link 到 AS-I 总线的联接。CC-Link 具有高速的数据传输速度, 最高可达 10 M b/ s 。 CC-Link 的底层通信协定遵守 RS 485 , 一般情况下, CC-Link 重要采取广播-轮询的方法进行通信 ,CC-Link 也支撑主站与本地站 、智能设备站之间的瞬间通信 。

POWERLINK

POWERLINK“最初是由其原创者贝加莱(B&R)作为私有技能开辟并在2001年推向市场。

之后,主动化的专家们决定开放此项技能,这个协定在2002年获得公开辟布,并成立了POWERLINK的尺度化组织EPSG,在这个组织内部,成员共享Know-how并且合作进行技能的推广,EPSG最重要的决定是完成对CANopen的集成,它同样是一个开放的尺度,使得它具备了及时协定。

这个版本的POWERLINK,也是以称为“以太网上的CANopen”,之后被界说为POWERLINKV2.0版,就是我们今天所指的POWERLINK。

CANopen

德国Bosch公司于1983年研发CAN协定,用于汽车传动体系的收集通信。之后称为国际尺度ISO11898,今朝CANopen由非营利组织CiA(CAN in Automaion)进行尺度的草拟及审核工作,根本的 CANopen 设备及通信子协定界说在 CAN in Automation (CiA) draft standard 301. 中。针对个体设备的子协定以 CiA 301 为基本再进行扩充,如针对 I/O 模组的 CiA401 及针对运动控制的 CiA402。

CANopen在欧洲已成为最通俗的协定,任何一家主动化公司都有CANopen的通信接口,也成了低配。低配并不代表不好,只是说明其性价比更高。CANopen界说了完整的同步控制机制,使其成为主流的运动控制协定,除了在CAN总线上运行外,还被搬到了以太网上(CANopen over Ethernet),形成了著名的PowerLink,EtherCat工业以太网协定。

TSN

现有IT 收集由IEEE 802 尺度进行界说,该尺度划定了不合以太网层和功能的要求,并确保了设备之间的互操作性。今天,很多工业供应商、IT 厂商和芯片供给商参加IEEE 802 和比来刚成立的AVnu联盟,合营更新尺度以太网协定,并为IIoT 运用的时光敏感型数据订定了低延迟数据传输尺度。

这个新尺度称为时光敏感收集(Time-Sensitive Networking,简称TSN),旨在解决现有收集的一些缺点。AVnu 联盟与Broadcom、Cisco、Intel和NI 等成员公司合作,将经由过程认证推进可互操作生态体系的树立,这与Wi-Fi 联盟认证产品和设备是否兼容IEEE 802.11 尺度类似。

TSN的重要优势包含:带宽今朝工业控制常用的专用以太网协定仅限于100Mb 的带宽和半双工通信。TSN 将会纳入各种尺度以太网速度(包含今朝正在运用的1 Gb、10Gb 和400 Gb )并支撑全工通信。

安然性——TSN对重要的控制收集进行了保护并集成了最重要的IT 安然划定。分段、机能保护和时光可组合性为安然框架增加了多层保护。

互操作性——经由过程运用尺度的以太网组件,TSN可无缝集成现有棕色地带运用和尺度的IT 收集来进步易用性。TSN 供给的另一个优势是:运用尺度以太网芯片集就可以运用批量临蓐的贸易硅芯片,从而下降了组件的资本,比拟运用产量较小且基于ASIC 的芯片的专用以太网协定来说,这个优势尤为明显。

延迟和同步——TSN 重点推敲了快速体系响应和闭环控制运用所需的低延迟通信。它可实现年夜约数十微秒的的肯定性传输时光以及数十纳秒的节点间时光同步。