前言

高性能、工厂设备和信息技术系统一体化,以及工业产品网络需求成型,促进了以太网工业的扩张。 根据2017年HMS发布的工业网络市场份额研究,工业增长率为22%,比往年快。 以太网工业目前占世界市场的46%,比去年的38%有所上升。

HMS发布了《2020年工业网络市场共享研究》。

根据对2020年关于工业网络市场份额的HMS网络报告的审查,工业在电子网络中获得了市场份额,在现场公共汽车上继续下降,并使用无线。

对工业网络市场的HMS网络年度调查表明,工业在新安装节点中所占的市场份额上升到64%(去年占59%),而现场公交车的市场份额下降到30%(去年占35% ) 。 主流网络EtherNet/IP和PROFINET排名第一,为17%。

HMS 网络2020年工业网络市场份额——现场公交车、工业以太网和无线

HMS网络目前发布对工业网络市场的年度分析,重点是全球工厂自动化的新安装节点,作为工业通信和工业产品联网解决方案的独立供应商,HMS全面了解工业网络市场,2020年的研究预测了现场公交车、工业以太网和无线的市场份额。

以太网工业的市场份额上升,而现场公交车继续下降。

根据该报告,工业继续通过以太网从现场公交车上获得市场份额,以太网工业目前占全世界新工厂自动化节点市场的64%(59%)(59%),去年。 以太网/IP和PROFINET都占市场份额的17%,排在首位。 以太网在世界的份额仍然不错,占7%,莫德布-TCP占全球的5%。

现场总线持续下降

就新的安装节点而言,HMS预计现场公交车将下降到30%(比去年的35%下降 ) 。 PROFIBUS保持8%的主要市场份额,首次占工业网络市场总市场的不到10%。 Modbus-RTU(5%)紧随其后的是CC-Link(4% ) 。

工业标准的采用和比较(EtherCAT、EtherNet/IP、ProfiNet、Modbus-TCP、Powerlink)。

EtherCAT

这是一个基于塔内网的开放式建筑的现场公交系统,以EterCAT的名义使用的CAT是承包商自动化技术(控制自动化技术)首字母缩略语,最初由德国贝克霍夫自动化公司创建。 EtherCAT为该系统的实时性能和灵活性制定了新的基准,同时满足甚至降低使用现场公交的费用。

EtherCAT的主要特征如下:

(1) 充分遵守以太网标准。 以太网技术可以用于以太CAT网络。 以太网设备可以与同一网络中的其他以太网设备共存。

(2) 支持各种牵引结构:直线、星号、树型。可以使用在以太网上常用的电缆或光纤电缆。 在使用1OOBase-TX电缆时,允许两个装置之间的通信距离不超过100米。 在使用100BASE-FX模式时,两对光纤用于全制造模式,单毫米纤维能够达到40公里的运输距离,多毫米纤维能够达到2公里的运输距离。 以太观察组还能够以低压差(低压压差不同信号)线进行通信,该线由贝克霍夫自己设计,在10米的低压差距离进行通信。

(3) 应用范围很广,任何具有普通离子网控制器的设备,如嵌入系统、标准的PC机、控制卡等等,都以作为以太酷刑委的主要地点为条件。

(4) 高效和简短的更新周期。 美洲废除酷刑委员会处理现场阅读、分析、处理数据提取和插入的数据框架的工作完全靠硬件进行,使数据框架的处理不受CPU性能、软件实施等的影响,时间拖延较短,实时时间也很高。 同时,欧洲废除酷刑委员会可能实现不到100美元的数据更新周期。

(5) EtherCAT能够在EtherCAT网络框架内压缩大量设备数据,使其有效数据比率达到90%以上。根据1,00 I/O更新的正式测试,只有30个美国,包括I/O周期。 相比之下,1,486 兆字节(相当于12,00 I/O)的实地个人框架在300年的紧凑时期得到了更新。

(6) 同步性能良好。

(7) 不需要子网,EtherCAT台站可能有非常复杂的节点,或只有一两个I/O数字。

(8) 许多应用级协议接口,以适应各种工业设备条例:欧委会(CAN在地球上空开放的CAT),用于满足各种工业设备条例的期待性应用级协议接口:欧委会(CAN在地球上空开放的CAT),以支持

支持SERCOE议定书的Canopen 议定书,SOE(SERCOE over EarthCAT)支持SERCOE议定书,EOE(Ethernetover EarthCAT)支持通用的Ethernet议定书,FOE(EarthCAT)上传和下载固体软件或文件,AOE(ADS over EarthCAT)提供主要站点之间的非周期数据访问服务。

Ethernet/IP

这是一项标准的UDP/IP-TCP/IP协议,为使用固定的Ethernet硬件和软件建立、使用和控制工业自动化设备规定了申请级别协议。

200年3月,Contractor Net International和ODS联合建立了以太网/IP工业以太网标准,通过在TCP/IP层增加实时数据交换和业务实时应用的CIP协议(共同工业议定书)来实现以太网/IP工业以太网/IP实时。

Ethernet/IP在物理和数据链层面使用普通的以太网技术,在网络和传输层使用IP协议和TCP/UDP协议传输数据。 UDP是一个非连接型协议,可能以单一和多屏幕格式运作,仅提供设备之间传输数据的能力。 UDP/IP协议用于分发极实时I/O数据、运动控制数据和功能线安全数据。设置参数、汇总和诊断。

Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式,生产者在这种模式中向网络传输带有独特识别码的成套数据,消费者根据需要通过识别码从网络获取适当数据。 这使得数据源能够仅一次在线发送数据,其他节点可以有选择地接收数据,从而提高通信效率。

Ethernet/IP是非实时数据和实时数据的转让,由CIP协议管理。 CIP是一项面向目标的协议,提供工业设备的端到端,独立于物理层和数据链层,使不同制造商的设备能够很好地互动。 此外,ODVA于2003年将IEE 1588综合纳入Ethernet/IP,并制定了CIPsync标准,以改进Ethernet/IP的时间同步性。

PROFINET

PROFINET是PROFIBUS International(PI)根据工业以太网技术推出的新一代自动化公共汽车标准,作为重大技术突破,PROFINET在自动化通信领域提供了完整的网络解决方案,涵盖当前自动化部门的重要主题,如实时电子网络、运动控制、分散式自动化、故障安全和网络安全,并与PROFIBUS完全兼容,以保障目前的投资。

PROFINET是一个全面的解决办法,可以专门设计以满足各种需要,其特点包括实时通讯、分发的外地设备、调度、分发的自动化、网络安装、信息技术标准和信息安全、故障安全和程序自动化。

目前有三个PROFINET版本可以实现三种通信:TCP/IP标准通信和两种实时通信。 在这些版本中,PROFINET向IE802.1 D和IEE1588建议实时扩展技术方案,而各种实时频道技术则根据不同的实时需求使用。

PROFINET提供的标准频道使用TCP/IP协议进行非实时通信,用于设备参数化、分组和诊断数据传输。 两个实时频道:实时频道RT和实时频道IRT。 实时频道RT是一个软实时(软件实时)程序,通常反应时间为1.0米,主要用于设备自动化领域的程序数据,可用于循环、事件控制信号和警报灯。 实时频道IRT(不先进的实时)使用专门的ASIC芯片来理解框架,从而减少处理时间。 特别是,该方案适用于高性能同步传输、过程数据等领域,以及需要高速时钟同步的调度。

MODBUS/TCP

这是一个简化的中性制造商在管理和控制自动化设备方面的通信协议的MODBUS系列,显然,它涉及使用TCP/IP协议在环境中使用“内联网”和“互联网”信息,协议最典型的用途是网关服务,如PLC、I/O模块和连接其他简单域车线路或I/O模块的网关。

MODBUS/TCP协议是作为自动(实际)标准产生的,由于MODBUS是众所周知的,因此该规范只包含在别处没有提供的少量信息,然而,该规范力求确定MODBUS中哪些能力对一般自动化设备的互操作性是有价值的,哪些部分是MODBUS作为PLC方案协议交换所使用的“剩余”部分。

通过增加随附电文的“一致级别”,它区分了普遍使用的电文和可选的电文,特别是与PLC等独特设备有关的电文。

POWERLINK=CANopen+Ethernet

鉴于Tainet的迅速发展和Canaopen在自动化领域的广泛应用基础,EthernetPOWERLINK结合了这两种技术的利弊,即高速、开放的Ethernet界面以及工业领域良好的SDO和PDO数据定义,从某种意义上说,PawerLINK是Ethernet上的开曼,物理层,利用Ethernet介质的数据连接层,以及保留原SDO和PDO对象字典结构的应用层。

Ethernet Powerlink(简称EPL)是由奥地利B&R(贝加莱)公司于2001年开发出来的实时以太网解决方案。2003年，由全球自动化和驱动行业的领军公司成立了EPSGC EthernetPowerlink标准化组织)来标准化和强化Powerlink技术，EPL标准是在CANopen基础上发展来的。它实现实时性的方法是对TCP/IP协议栈进行了实时扩展，引入了SCNM ( slot communication network management，时间槽通信网络管理）机制来消除CSMA/CD的不确定性。SCNM原理是网络按照一个固定的周期进行通信。每个周期分为三个时间槽:同步时间槽、异步时间槽、空闲时间槽。实时性要求严格的数据在同步时间槽中传输。时间不苛刻的数据在异步时间槽中传输。在三种时间槽中又根据网络中通信节点的数目划分为不同的子时间槽。这样保证了实时数据的实时性传输，又杜绝了网络冲突的发生。

EPA

在“863”方案的支持下,由浙江大学、青华大学、浙江中央控制技术公司、大连科技大学、中央学院自动化研究所等联合开发了该软件,作为工业测量和控制系统的实时以太网标准,作为工业测量和控制系统的实时以太网标准。 EPA实现实时的方式是ISO/IEC8802。 An EPA-CSME在协议规定的数据链层(通信管理实体)中增加了数据-CSME。 为控制数据信息,增加了EPA-CME、EPA-CSM支持两种通信发送模式:使用CSMA/CD通信机制的非实时通信,在DLE层和DLS-使用之间直接传输非实时数据:没有缓冲和处理;实时使用一个明确的时间表,将DLS-用户数据按照控制时间序列和优先大小传送给DLEE(通信管理实体),然后发送PHYY,从而避免在网络中发生碰撞。 此外,EPA网络将控制网络中的非实时通信网络系统分为CSMSMS/CD通信系统,因此,在各中央控制区进行远程控制。

虽然这些行业是国际标准,但它们与IEC 61784有关,但并非全部是标准以太网。 也就是说,并非所有这些行业都符合IEE802.3U的要求,其中只有Modbus-TCP和EtherNet/IP符合IE802.3U的要求,只有IEE802.3U才符合IEE802.U的要求。 3U标准与IT和以太网未来的增长是相容的。 而且它与IEE802不符。

各部门的区别大多是议定书的区别,其中最重要的是应用级议定书,我们知道,根据标准化组织参考模式,网络分为七个层次。

Modbus TCP和EtherNet/IP之间的差别主要在于应用层的差异,即Modbus TCP的应用基于Modbus协议,而EtherNet/IP则基于CIP协议,这两个行业在Tainet的数据链接层使用CSMA/CD,因此是标准的Ethernet,两个行业在Tainet的网络和传输层使用TCP/IP。 另外一个不同之处是,在Modbus协议中迄今没有就完成功能安全、高精度同步和运行功率控制达成协议,而EstherNet/IP有CIP安全、CIP同步和CIP运动来履行上述职能,因此Schneider作为ODS的核心成员加入了ODS,以促进EstherNet/IP。 A两个网络都是标准的TCP/IP Ethernet,所有标准的Ethernet节点都可进入两个网络。

对于EthernetPowerLink (EPL),Ethernet PowerLink 是一个怪胎,PowerLink 在物理和数据链层中使用标准的Ethernet, 在EPL数据链层中使用标准Ethernet, 增加了另一个数据链接层, 由EPL数据链层组成。 我们知道MAC(媒体接入)层在数据链层子层中的作用是[CollorFF00] 确定哪个节点可以持有总客车,也就是说,该节点可以发送数据[/彩色]。 因此,当PowerLink在物理和数据链层中使用标准Ethernet的数据链层时, 确定哪个节点会占据总节点, 而现在,它会被上面的 EPL 数据链清除掉空。 在这种 EPL e e-T 网络中,所有这些节点都无法使用开关,但是 HUB,因此,对于100M 网络来说, EPL 的总带宽小于100米, 只有一个40-50 M 。如果交换机在不使用EPL 网络上,那么EPL 将无法实现 EPL e-T 链接。

c. PROFINET最初被分为 v1, v2, v3, 现在通常称为 ProtherNetCBA, ProfiNet IO 和 ProfiNet IRT。 这意味着通过 Ethernet 进行对等通信、实时控制和调度。 Using TCP/IP 协议,使用标准 TCP/IP 协议,而V2和V3没有使用tcp/ip 协议,两者都绕过 tcp/ip 协议,使用替代网络层和传输层协议。 ProfiNet开发者认为,tcp/ip 协议不会增加网络数据传输的延迟, Etrenet 协议不会增加 Etreality3 的传输。 根据美国密歇根大学的教授研究, TCP/IP 协议的传输延迟非常小, TCP 和 IP 协议的传输不到100微秒的数据, 而当UDP/ 网络被使用时, 也变得不甚复杂, 不同协议的拖延并不不同, 从200到800年代的 EIP, 他们已经测试了EIP 网络的连接 。

d. EtherCat业务也不寻常:它不使用标准芯片,一般不使用开关,它不是标准软件,它对Ethernet数据框架作了某些调整,我们知道数据框架只有一个源节点,但EtherCat可能有几个源节点,即,由于一个数据是众多节点提供的数据的混合体,传统的Ethernet设备无法连接到这种网络。

我认为,Ethernet/IP和ProfiNet这两个行业都适合这些行业。首先,这两个行业都被用于传输非实时和实时数据,即用于离散控制和流程控制(当然,目前Benon应用程序没有这种数据)。第二,这两个行业都可以用于安全传输网络功能,Ethernet/IP拥有CIP安全协议,ProhitherNet拥有Profisafe协议,而ProfiNet拥有ProfiNet IRT在体育控制方面,EtherNet/IP拥有CIP安全,两者都可用于中、高端移动控制。最后两个行业都基于IEE1588高精度时钟同步化。Modbus TCP、EtherCat和PowerLink等行业只有部分完成控制任务,如Modbus TCP(通常用作普通IO实时和非实时数据)和EtherNet/IP安全数据。 Others and PowerLink(其他猫和PULink)等行业的用户似乎没有达到E-S标准的功能性控制,因为其他企业没有在E-S的硬件控制方面得到安全的,而它们并没有在E-LC标准。
Ethernet/IP和PropiNet以及其他工业网络最终将放弃市场。
Rockwell自动化公司、Omron公司、Schneider公司和Cisco公司现在将推动EtherNet/IP公司,而ProfiNet公司将由工业老板Siemens公司领导,他将领导小企业,并将领导未来,由国内PLC制造商的第二、第三和第五个表兄弟领导。

事实上,工业网络上有一些外部线,例如:
SynqNet:Denah受控制,几乎完全用于体育控制,据报仅用于半导体设备(惊讶的是,它长期没有在半导体机械中使用过,但在SynqNet中从未见过。 以太网硬件是唯一与以太网无关的物品,甚至与MAC层无关。
2) Sercos II:新一代的Ethernet版本FibreSercosII, 其背后的推手是Bo Leith, 仅用于体育控制。它只是Ethernet的底部硬件, 甚至开关在系统中是不允许的。 当然,它速度很快, 但只有SercosII的两倍。 它预计SercosII的客户能够升级一个还没有更新的新系统。

资料来源
https://blog.csdn.net/qq_34696487/article/details/105087547

https://blog.csdn.net/weixin_33858336/article/details/93898426

https://blog.csdn.net/weixin_43988842/article/details/107997273

中国工控网：
http://www.gongkong.com/ethernet/

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