简述
模拟技术在工业厂房中仍然十分普遍,因为它长期以来一直是自动化系统的基础。 在以太网和无线解决方案的推动下,工业领域正经历着向数字式通信的重大转型。 EtherNet/IP 是这一转型过程中的重要协议,为互联性和集成提供了全新契机。EtherNet/IP是正确的选择吗?答案取决于您的实际应用和要求。 本文将回顾一些基本知识,并探究EtherNet/IP如何助力实现工业物联网(IIoT)的高级功能。
您可能会发现,随着无线网络的日益普及,如今以太网设备正逐渐减少;但无论是用于互联网连接还是智能电视,以太网仍然是我们日常生活中不可或缺的部分。在工业环境中,以太网标志着一场重大的演进。EtherNet/IP一词中包含众所周知的“IP”,类似于您用于连接互联网的IP地址。但在这里,它代表工业协议,是专为工业应用优化的巧妙方案。
现场仪表可以通过以太网连接,所用电缆和连接器与家用电器类似。当然,工业应用需要使用更加坚固耐用的型号,确保耐受严苛工况条件,但基本原理保持不变。总之,您已经非常熟悉“新型”工业以太网设备的工作原理。既然我们已经明确了这项技术的普及程度,接下来就深入探讨一下它的独特之处。
20世纪90年代,ControlNet International Ltd.的一支小团队发起了EtherNet/IP的开发。到了2000年,他们意识到需要更多支持才能推进项目。当时众筹并不可行,因此他们选择了传统途径。
他们与开放式设备网络供应商协会(ODVA )建立了伙伴关系,这是一家创立于1995年的自动化制造商组织。ODVA同意合作开发EtherNet/IP。2009年,原始开发团队将协议全权移交给了ODVA及其成员。如今,ODVA继续维护并推广通用工业协议(CIP™)及相关技术,包括ControlNet®、CompoNet®和DeviceNet®。
除了协议开发外,ODVA还致力于确保供应商与系统之间的互操作性,这在工业自动化领域是一项复杂挑战。该组织倡导使用商用现成(COTS)组件以及原生互联网和以太网技术,以简化集成和采用过程。
EtherNet/IP基于CIP,遵循开放系统互连(OSI)模型以及以及标准TCP/UDP协议族,是灵活且业界领先的以太网网络和开放式IEC标准。其允许您在同一网络中连接现场传感器、控制器和控制系统。
协议的应用范围非常广泛,涵盖动力控制(电机、驱动器、软启动器等)以及离散控制(安全I/O、机器人等)。此外,还可将IP摄像头、WiFi和IP电话接入网络中,为用户带来了无限可能。所有这些特性都表明,EtherNet/IP完全能够满足工业物联网的需求。
此处将为您列出必须知晓的要点,不再赘述整个标准:
IEEE 802.3:标准、以太网、精确时间协议(IEEE-1588) IEC:国际电工委员会 – IEC 61158 ODVA:通用工业协议(CIP) IETF:互联网工程工作小组、标准互联网协议(IP) 此外,EtherNet/IP不仅将CIP加入会话层,同时也遵循OSI模型协议框架。我们来看看以下图表:
©Endress+Hauser
最后,您可以选择多种通信方式。物理层支持无线、铜缆、光纤等多种传输介质。数据链路层允许采用不同标准,具体取决于物理层 – 例如IEEE 802.3(光纤)、IEEE 802.3或802.1(铜缆)和IEEE 802.11(WiFi)。
全新的高级物理层(Ethernet-APL)也只用两根线缆分别实现供电与通信,即使在防爆场合也是如此!
以太网技术经历了从10 Mbps总线/树形拓扑结构和半双工通信,到100 Mbps和1Gbps全双工通信和基于交换机/路由器的星型拓扑结构的真正演变。这一演变使以太网网络具备了支持关键工业系统的能力。
EtherNet/IP是主动式基础设施,其网络分段采用星型拓扑结构中的点对点连接。此类拓扑结构的核心在于二层交换机和三层交换机的互连。这些交换机支持多个点对点节点。
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EtherNet/IP网络还支持线性和单容错环形拓扑结构。因此,其采用嵌入式交换机和设备级环网技术(DLR)。这些替代拓扑结构可以组合使用,从而优化电缆敷设和通信布局。
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虽然我们可以深入探究EtherNet/IP网络的技术细节,但为了简明起见,我们将主要话题提炼为三个问题。解答这些问题将帮助您更好地理解EtherNet/IP网络。
EtherNet/IP基于TCP/UDP IP标准,但这个标准代表什么呢?TCP(传输控制协议)以单播数据包或帧的形式进行可靠而慢速的数据传输。例如,电子邮件和网页浏览都使用TCP连接,它也适用于诊断数据传输;而UDP则适用于自动化或控制应用中的I/O数据传输。
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现在,当我们转而使用UDP(用户数据报协议)时,会发现连接速度要快得多,但它不能保证传输的数据一定能到达接收方。UDP以单播、组播和广播数据包或帧的形式进行数据传输,例如用于流媒体音乐或视频传输。
2 – 是否能将EtherNet/IP与其他TCP/IP应用一起使用?
可以,EtherNet/IP的开发旨在实现与其他TCP/IP应用的共存。以下是市面上常见的一些TCP/IP应用实例:
HTTP – 超文本传输协议 SNMP – 简单网络管理协议 Modbus/TCP OPC UA
3 – EtherNet/IP的基本组成部分有哪些?
该网络由一系列关键要素组成,旨在实现设备与控制系统之间的通信。EtherNet/IP分为三个类别,用于识别各组成部分及其用途。
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扫描器: 扫描器类按周期(通过更新时间定义)映射网络的输入和输出变量。实例:PLC和控制器消息: 消息类支持显式消息传输,而非实时I/O数据。实例:诊断工具、网络配置工具、SCADA和HMI系统适配器: 适配器类为内置EtherNet/IP协议的设备提供特定功能。实例:传感器、阀门、网关。
EtherNet/IP如何应用于工业物联网解决方案?
EtherNet/IP是一种数字通信技术,拓展了我们在集成与数据使用方面的边界。遵循NAMUR NOA理念,您可使用边缘设备直接从网络提取信息,并将其传输至各类云服务。例如,Endress+Hauser的Netilion 工业物联网生态系统现在可以通过多种方式支持EtherNet/IP设备;您可以在Netilion Analytics、Netilion Library、Netilion Health和Netilion Value服务中使用这些设备,并在Netilion Analytics和Netilion Library服务中使用第三方设备。这些服务优化了您的数据,便于您随时随地获取所需信息。每种服务都能为日常工作带来切实的益处。
工业物联网服务让您能够轻松访问现场仪表的相关信息。它们提供便捷安全的云集成解决方案,确保您在行业中取得进步,显著提升维护水平,提高生产效率等。
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