工业数据通信与控制网络

第8章 工业以太网 本章 教学目的：理解过程控制系统的基本概念，理解其特点，了解过程控制系统的发展状况，理解过程控制系统的组成和性能指标，了解过程控制系统的组成及分类。 教学重点：过程控制系统的组成及性能指标 教学难点：过程控制系统的性能指标 教学学时分配： 过程控制系统及其特点 0.5学时 过程控制系统的发展 0.5学时 过程控制系统的组成及分类：0.4学时 过程控制系统的性能指标：0.6学时 教学设备：计算机，投影仪，话筒，扩音机。

什么是工业以太网 什么是工业以太网？ 工业以太网是普通以太网技术在控制网络延伸的产物,是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体 是用于工业环境的以太网？还是用于测量控制领域的以太网？还是某种现场总线？ 目前对工业以太网没有一个严格的定义。各家推出的工业以太网在技术上也存在相当大的差距。 工业以太网源于、而又不同于普通以太网技术，它是计算机网络技术在工业应用领域延伸 将普通以太网改进为适合工业应用环境 添加控制应用功能、形成基于以太网通信的测量控制网络 工业以太网是普通以太网技术在控制网络延伸的产物,是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体

企业资源计划 Enterprise Resource Plan Fieldbus Control System 制造执行系统 Manufacturing Execution System 现场总线控制系统 Fieldbus Control System

工业以太网组织: 工业以太网协会（IEA Industrial Ethernet Association） 工业自动化开放网络联盟(IAONA Industrial Automation Open Network Alliance)等

以太网进入工控领域的优势 价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网卡 技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为许多人掌握。 有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连接，便于与外界沟通信息 工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势。 工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，二是致力于在数据链路层实现实时以太网 工业以太网目前还没有一致的定义与规范

工业以太网与OSI的通信参考模型对比

工业以太网是一系列技术的统称 以太网的由来与标准 以太网的通信参考模型 工业以太网含盖了一系列技术 以太网最早由Xerox 开发，后经数字仪器公司、Intel公司联合扩展，形成局域网标准 IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制定的 以太网的通信参考模型 按ISO开放系统互连参考模型的分层结构，以太网只包括通信模型中的物理层与数据链路层 工业以太网含盖了一系列技术 以太网规范（物理层与数据链路层） TCP/IP（网络层的网际互连协议IP；传输层的传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP）；属TCP/IP协议组下层协议 应用层上的SMTP、DNS、FTP、HTTP、动态网页发布等；属 TCP/IP协议组的上层协议 美国施乐(Xerox， [zɪərɔks] ) Transfer Control Protocol 传输控制协议 Internet Protocol 网际协议 User Datagram Protocol 用户数据报协议 Simple Message Transfer Protocol 简单邮件传输协议 Domain Name Server 域名服务器 File Transfer Protocol 文件传送协议 Hypertext Transfer Protocol 超文本传输协议

工业以太网的应用分类 1、作为工业环境中的计算机网络 2、作为其他现场总线网段的上层（高速）网络 3、基于普通以太网技术的控制网络 E网到底，在实时性要求不严格的场合用作控制网络 4、基于实时以太网技术的控制网络

用于工业环境的计算机网络 操作员工作站 设备集成 设备集成 HSE 间歇控制器 HSE PLC 非FF 传感器总线 光缆 应用软件 MIO FFB HSE PLC 非FF 传感器总线 光缆 COTS 交换机/ 防火墙 应用软件 2000 米 双绞线对电缆 100 米 其它地区/工厂 数据服务器 用于工业环境的计算机网络 COTS 交换机/ 防火墙 操作员工作站 工程师工作站 链接设备 H1 设备集成 L L H1 设备集成 L H1 离散 I/O

作为其它现场总线网段的上层网络

基于普通以太网技术的嵌入式控制节点 带以太网接口的嵌入式控制节点 在实时性要求不高的场合，由带普通以太网接口的现场智能节点组成控制网络 随着ASIC（ Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路）芯片集成度与功能的不断增强，单个芯片内可包括CPU、存储器、通信接口、I/O接口等等（如ARM9） 在现场智能设备中直接集成带以太网接口的多功能芯片，添加驱动、隔离电路等，便可形成嵌入式以太网控制节点。还可集成Web服务器、CAN2.0B， Bluetooth等通信接口，以及相关控制功能 在实时性要求不高的场合，由带普通以太网接口的现场智能节点组成控制网络 如在楼宇自动化的某些应用场合

典型嵌入式以太网节点的结构框图

基于普通以太网技术的控制网络 智能小区监控系统（供暖、供水、配电、保安、消防） 接上层网络 光纤 9号楼设备 接其它以太网设备 接其它以太网设备 1号楼设备

基于普通以太网技术的混合网络 （计算机网络挂接嵌入式控制节点）

基于实时以太网的企业网络

以太网技术简介 以太网与TCP/IP的分层模型

物理层与数据链路层采用IEEE802.3以太网标准 以太网与TCP/IP的分层模型 物理层与数据链路层采用IEEE802.3以太网标准 物理层采用基带曼彻斯特编码 数据链路层媒体访问控制采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect） 网络层采用 网际互连协议IP（Internet Protocol）； 网际控制报文协议 ICMP（Internet Control Message Protocol ）；负责控制和报告因路由等问题引起的差错 地址解析协议ARP( Address Resolution Protocol)；将IP地址转换成网络连接设备的物理地址。 逆向地址解析协议RARP，将网络连接设备的物理地址转换为IP地址

ARP地址解析 为两种不同地址形式提供映射 32位Internet地址 IP地址，如 166.111.73.225 ARP RARP MAC地址，如：00e04ce28bc5 48位以太网地址 Address Resolution Protocol 地址解析协议 Reverse Address Resolution Protocol 逆向地址解析协议

ARP地址解析 为两种不同地址形式提供映射 传输层 传输控制协议TCP （Transfer Control Protocol） 用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）。 应用层 域名服务DNS （ Domain Name Server ） 文件传输协议FTP （ File Transfer Protocol ） 简单网络管理协议SNMP（Simple Network Management Protocol ） 简单邮件传输协议SMTP （Simple Message Transfer Protocol ） 简单网络定时协议SNTP （Simple Network Time Protocol ） 超文本传输协议HTTP （ Hypertext Transfer Protocol ）

以太网通信帧的封装过程

以太网通信帧的结构 （RFC894）Internet标准（Request for Comment） 前导码   7字节 帧前定界码 1字节 目的 地址 6字节 源地址 类型 2字节 数据域 46~1500字节 CRC 4字节   以太网首部 （802.3MAC） Media Access Control 媒体访问控制 类型 0800 IP数据报 46--1500 类型 0806 ARP请求/应答 28 PAD 18 类型 8035 RARP请求/应答 28 PAD 18

以太网通信帧的结构 前导码 帧前定界码 目的地址 源地址 用来表示数据流的开始 通知接收端即将有数据帧到来，使接收端能够利用曼彻斯特编码的信号跳变来同步时钟。 前导码包含7个字节（56位），全部是二进制“1” “0”的交替代码 帧前定界码 只有一个字节，内容为“10101011” 表示传输内容的开始 目的地址 6字节 标记下一目的地的物理地址； 可以是下一LAN(Local Area Network,局域网)的路由器地址； 在到达目标网络后为目的设备的地址。 源地址 6字节，包含发送或转发数据包设备的物理地址

ARP分组格式 28字节ARP(Address Resolution Protocol 地址解析协议)请求/应答 硬件地址长度 协议地址长度 2 2 1 1 2 6 4 6 4 硬件 类型 协议 类型 操作 类型 发送端 以太网地址 发送端 以太网地址 发送端 IP地址 目的 以太网地址 目的 IP地址 Address Resolution Protocol 地址解析协议

IP数据报的格式 数据 IP报文头(Internet Protocol, 网际协议)的组成 报文头 20 - 60字节 版本 4位 报文长度   报文头 20 - 60字节 数据 版本   4位 报文长度 服务类型 8位 总长度 16位 标识 标志 3位 段偏移 13位 生存周期 协议 报文头校验和 源IP地址（32位） 目标IP地址（32位） 选项 IP报文头(Internet Protocol, 网际协议)的组成

IP数据报的格式 版本 报文长度(字节数) 服务类型 第一个域定义了IP的版本号。目前的版本是IPV4，它的二进制表示为0100。 报文长度域定义了报文头的长度，这四位可以表示从0～15的数字。它以4字节为一个单位。将报文长度域的数乘以4，就得到报文头的长度值。报文头长度最大为60字节。 服务类型 服务类型域定义了数据报应该如何被处理。它包括数据报的优先级（3位），也包括发送者所希望的服务类型（4位）。还有1位未用（须置0）这里的服务类型包括最小迟延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用，4位中只能有1位置1，4位均为0是一般服务。

IP数据报的格式 总长度 总长度域定义了IP数据报的总长度。这是一个两字节的域（16位），能定义的长度最长可达65536个字节。 标识 标识域用于识别分段。一个数据报在通过不同网络的时候，可能需要分段以适应网络帧的大小。这时，将在标识域中使用一个序列号来识别每个段。 标记 标记域在处理分段中用于表示数据可以或不可以被分段，是属于第一个段、中间段还是最后一个段等。 段偏移 段偏移是一个指针，表示被分段的数据在原始数据报中的偏移量

生存周期（time to live） 协议 报文头校验和 IP数据报的格式 数据报可以经过的路由器的数目。数据报的生存时间由原主机设置为32或64，经过一个路由器减1，该字段为0时数据报被丢弃并通知原主机。 协议 用于识别是哪个协议向IP传送的数据（ICMP、IGMP、TCP、UDP） 报文头校验和 对首部中每个16位进行二进制反码求和，结果存于该字段。 ICMP, Internet Control Messages Protocol 网间控制报文协议 IGMP, Internet gateway message protocol 因特网网关信息协议 TCP, Transfer Control Protocol 传输控制协议 UDP, User Datagram Protocol 用户数据报协议

IP地址 IP地址是一种逻辑编号地址 IP地址的32位数串被分成3个域：类型、网络标识、主机标识 有别于计算机网卡、路由器等的MAC地址 MAC(Media Access Control)地址，或称为MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。 IP地址是一种逻辑编号地址 有别于计算机网卡、路由器等的MAC地址 IP地址为一个32位的二进制数串，4个8位字节 每个字节的取值范围为0－255，采用带点的十进制标记法 例如：166．111．170．10 IP地址的32位数串被分成3个域：类型、网络标识、主机标识

Internet的IP地址被划分为5类（IPv4）   Internet的IP地址被划分为5类（IPv4） A类 网络标识 7位 主机标识 24位   B类 1 网络标识 14位 主机标识 16位 C类 1 网络标识 21位 主机标识 8位   D类 1 多点广播地址 28位   E类 1 保留给将来用 图9. 7 IP地址的格式

IP资源与IPV6 目前使用的IP协议是在1981年制定的，称为IPv4，地址长度为32位 IPv4所限定的地址将耗尽

各类IP地址的范围 类型 地址范围 A 0.0.0.0 到 127.255.255.255 B 128.0.0.0 到 191.255.255.255 C 192.0.0.0 到 223.255.255.255 D 224.0.0.0 到 239.255.255.255 E 240.0.0.0 到 247.255.255.255

TCP的报文格式（TCP首部20字节） 窗口大小16位 源端口地址16位 目的端口地址16位 顺序编号32位 确认编号32位 标志6位   TCP的报文格式（TCP首部20字节） 源端口地址16位 目的端口地址16位 顺序编号32位 确认编号32位 报头长度4位 保留6位 标志6位 窗口大小16位 校验和16位 紧急指针16位 选项和填充 数据区……

端口号 端口号（地址） 端口号用于识别应用程序 知名端口号 大于5000的端口号是预留的 TCP(Transfer Control Protocol 传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议)采用16位端口号来识别应用程序 知名端口号 知名端口号用来识别常用程序 如识别服务器等：FTP服务器的TCP端口号是21，Telnet服务器的TCP端口号是23，FTP文件传输协议的UDP端口号是69； 知名端口号的范围是1—1023； 一般知名端口号介于1—255； 256—1023由Unix占用 客户端口号 客户端口号又称为临时端口号； 客户端口号范围是1024—5000之间 大于5000的端口号是预留的

端口号 源端口地址 目标端口地址 顺序编号 确认编号 源端口地址定义了源计算机上的应用程序地址。 目标端口地址定义了目标计算机上的应用程序地址。 顺序编号 顺序编号域表示数据在原始数据流中的位置 应用程序的数据流可以被划分为两个或更多的TCP段。 确认编号 32位的确认编号用于确认接收到来自其他通信设备的数据 这个编号只有在控制域中的ACK(ACKnowledge, 确认)置位之后才有效 确认编号指出下一个期望到来的段的顺序编号。

端口号 报文头长度域 保留域 控制标志 报文头最长60个字节 4位的报文头长度指出了TCP报文头的长度 报文头的长度以32位（4个字节）为一个单位 4比特报文头的长度可以定义的最大值为15个单位 报文头最多可以达到的字节数是4*15=60字节 保留域 6位，保留给将来使用。 控制标志 6位的控制标志域中每位都有其独立功能。 报文头最长60个字节 报文头最少需要20个字节来表达 可以有40字节保留给选项域使用

端口号 数据域的长度 循环冗余校验CRC 可以从46到1500个字节不等 46个字节是数据域的最小长度，以便让局域网上所有站点都能检测到该帧 数据段小于46个字节时由高层软件把数据域填充到46个字节 循环冗余校验CRC 共4个字节 检验范围：从目的地址域开始一直到数据域结束 发送站点在发送时就边发送边进行CRC校验，形成该32位的循环冗余校验码 接收站点也从目的地址域开始，边接收边进行CRC校验，得到的结果如果与收到的CRC域的数据相同，则说明该帧传输无误，否则表明出错

用户数据报协议UDP 用户数据报协议UDP是端到端无连接的传输层协议 UDP所产生的包称为用户数据报 UDP首部为8字节，以下4项各2个字节 在上层数据的基础上增加端口地址、校验和以及长度信息 UDP首部为8字节，以下4项各2个字节 源端口地址（2字节） 创建报文应用程序地址(发送进程) 。 目的端口地址（2字节） 接收报文应用程序的地址（接收进程） 长度信息（2字节） 长度信息定义用户数据报的总长度，以字节为单位。 校验和（2字节） 用于差错控制

UDP的报文格式 0 16 31 源端口地址 16位 目的端口地址 数据报文长度16位 校验和 数据区

Tunneling 工业以太网中 Tunneling 非实时数据（组态和诊断信息），采用TCP/IP数据包发送 实时数据（I/O数据），采用UDP/IP数据包发送 Tunneling 将某个工业数据放置在TCP/UDP/IP数据域组成数据报 将这个数据报发送到以太网上传送到目的地 目的地设备收到数据后，打开TCP/UDP/IP封装解读 ['tʌnlɪŋ]管道传输

工业数据封装 控制网段之间借助以太网的通信 控制数据通过Tunneling打包为TCP/UDP/IP数据报   控制网段之间借助以太网的通信 控制数据通过Tunneling打包为TCP/UDP/IP数据报 TCP/UDP/IP数据报借助以太网传输 目的地设备打开封装，提取出原来的控制数据 由目的地设备或网络采用本地协议解读控制数据信息

在工控领域 以太网技术应用受限的原因 CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detect）的媒体访问控制方式不能满足一些控制场合的实时性要求 接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计的，不适应工业现场恶劣环境的要求 抗电磁干扰能力 本质安全 总线供电

适应工业应用环境的解决方案 可安装在DIN导轨上的导轨式收发器、集线器、交换机系列 工业级接插件 冗余电源供电 Synergetic Micro System(美)、Hirschmann(德)公司开发的系列产品 工业级接插件 特殊封装的工业以太网接插件，如Woodhead Connectivity公司的RJ-LnxxIP67 采用DB-9结构的接插件 冗余电源供电

针对通信实时性的解决方案 通信实时性的问题 解决方案 利用以太网现有的技术优势，扬长避短 开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口芯片 以太网采用的CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detect)随机访问、平等竞争的介质访问控制方式具有不确定性（nondeterministic） 不能满足工业自动化领域某些数据对通信实时性的要求 解决方案 利用以太网现有的技术优势，扬长避短 开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口芯片 Net Silicon等

扬长避短的措施 利用通信速率高的优势 相同通信量的条件下，高通信速率可以减少通信信号占用传输介质的时间，可减少信号的碰撞冲突，为提高确定性提供了途径 以太网的通信速率从10MbpS，100MbpS到千兆 控制网络传统通信速率的几十、几百Kbps，1M、5Mbps 通信量一定的条件下，利用以太网的高通信速率有效减少碰撞冲突

扬长避短的措施 采取控制网络负荷的措施 减轻网络负荷也可有效减少信号碰撞冲突的几率，提高网络通信的确定性。 控制网络的通信量不大，随机性、突发性通信的机会也不多，其网络通信大都可以事先预计并作出相应的通信调度安排 如在网络设计时能合理分布各现场设备的节点位置，控制或减少各网段的负荷量，可有效避免冲突 研究表明，在网络负荷低于满负荷的30％时，以太网基本可以满足对控制系统通信确定性的要求。

扬长避短的措施 采用全双工交换技术 半双工通信发送或接收报文均在一对网线上完成，发生碰撞的几率大 使网络处于全双工通信状态，一对线用来发送数据，另一对线用来接收数据 采用全双工以太网交换机 将网络切分为多个网段，为连接在其端口上的每个网络节点提供独立带宽，相当于每个设备独占一个网段，数据只在本地网络传输而不占用其他网段的带宽。 连接在同一个交换机上的不同设备不存在资源争夺 交换机可使网段上多数数据不经主干网传输 交换式全双工以太网消除了冲突的可能，有条件达到确定性网络的要求

实时以太网 RTE(Real Time Ethernet) 针对普通以太网媒体访问控制的不确定性，企图从根本上解决以太网实时性问题的新的技术方案 其通信控制，ASIC(Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路 )芯片等都可能不同于普通以太网 实时以太网属于控制网络技术 分为有线实时通信与无线实时通信两大部分

几种进入IEC61784的 工业以太网技术 HSE EtherNet/IP ProfiNet Modbus-TCP PowerLink EtherCat EPA IEC : International Electrotechnical Commission, 国际电工技术委员会 IEEE: Institute for Electrical and Electronic Engineers, 电气和电子工程师学会[美]

Powerlink通信参考模型

Modbus/TCP 通信参考模型

EtherNet/IP的分层模型

高速以太网HSE 现场总线基金会(FF)将HSE定位于将控制网络集成到Internet的技术。HSE采用链接设备将远程H1网段的信息传送到以太网主干上。这些信息可以通过以太网送到主控制室，并进一步送到企业的ERP(Enterprise Resource Planning, 企业资源计划)和管理系统。 操作员在主控室可以直接使用网络浏览器等工具查看现场操作情况。也可以通过同样的网络途径将操作控制信息送到现场

Lee College HSE Demo 主机 主机 100 Mbit/s 交换机 链接设备 链接设备 HSE HSE H1 H1 实验工厂 Baytown, TX 1

设备与子系统集成 操作员工作站 设备集成 设备集成 HSE 间歇控制器 HSE PLC 非FF 传感器总线 光缆 应用软件 双绞线对电缆 MIO FFB HSE PLC 非FF 传感器总线 光缆 COTS 交换机/ 防火墙 应用软件 2000 米 双绞线对电缆 100 米 其它地区/工厂 数据服务器 设备与子系统集成 COTS 交换机/ 防火墙 操作员工作站 工程师工作站 链接设备 H1 设备集成 L L H1 设备集成 L H1 离散 I/O

HSE通信模型的分层结构 Fieldbus Message Specification

HSE通信系统的模块结构 HSE是工业以太网与H1技术的结合体 MIB SNTP SNMP IP IEEE 802.3 MAC and PHY 层 TCP UDP 现场设备访问代理 网络管理 代理 OD NMIB SMIB 系统 管理 内核 (SMK) Function Block AP(s) 功能块 对象 H1 栈 DD

HSE 和柔性功能块应用能力的扩展 模拟输入 模拟输出 偏移与增益 控制选择器 离散输入 离散输出 手动装载 PID PD 比值 模拟量报警 基本功能块 模拟输入 模拟输出 偏移与增益 控制选择器 离散输入 离散输出 手动装载 PID PD 比值 标准功能块 基础过程控制 高级功能块 模拟量报警 算法 迟延（死区）时间 设备控制 输入选择器 迟延/惯性 Integrator 设定值斜坡发生其 信号特征器 Splitter 定时器 先进过程控制 H1 柔性功能块 多输入t/输出 - 8 通道 I/O 基本 I/O 接口 具体应用 (IEC 61131) Coordinated Drives, 协调驱动 监控数据采集 批量先后顺序 …… 高级 I/O接口 间歇/离散/混合控制 HSE

HSE的网络系统与设备类型 以太网交换器 PLC H1 P L plant 链接设备 （LD） 以太网现场设备

HSE与现场设备间的通信 在HSE中，Tunneling的工作是由链接设备（Linking Device）完成的。它负责从所挂接的H1网段收集现场总线信息，然后把H1地址转换成为IPv4或者IPv6的地址，这样H1网段的数据就可以在TCP/UDP/IP网络上进行传送。 另一方面，接收到TCP/UDP/IP信息的链接设备可以将IP/IPv6地址转换为H1地址，将要发往H1网段的信息放到现场的目的网段中进行传送。这样，通过链接设备就可以实现跨H1网段的组态，甚至可以把PLC等其他控制系统集成起来。跨网段组态在H1技术下是无法实现的，它同时也使较远距离被控对象的闭环实时控制成为可能。

HSE与现场设备间的通信 企业管理网络中的计算机同样挂接在这个以太网上，可以与现场仪表通过TCP/IP等标准网络协议进行通信。 同时，最新的以太网设备可以以网页的形式发布现场信息，Internet上任何一个拥有访问权限的用户都可以远程查看设备的当前信息，甚至可以远程修改设备的工作状态，而不再需要通过监控工作站进行现场信息的中转，大大加强了现场控制层与企业管理层和Internet之间的信息集成。

PROFInet PROFInet 是为实现PROFIBUS与外部系统横向纵向整合的需要而提出的解决方案。 PROFIBUS + Ethernet + COM/DCOM (Distributed Component Object Model,分布式对象组件模型 )

ProfiNet的网络结构 HMI, Hardware Monitor Interface,硬件监视器接口

PROFInet的通信机制 每个设备都被看作一个具有组件对象模型COM（Component Object Module）接口的自动化设备，同类设备都具有相同的COM接口 系统通过调用COM接口来调用设备功能 每一个智能设备中间都有一个标准组件，智能设备的功能则通过对组件进行特定的编程来完成。 同类设备具有相同的内置组件，对外提供相同的COM接口，为不同厂家的设备之间提供互换性和互操作性 COM对象之间通过DCOM连接协议进行互连和通信 传统PROFIBUS设备通过代理设备与PROFInet上面的COM对象之间进行通信

PROFInet的通信机制 PROFInet采用标准以太网作为连接介质，同时提供了挂接传统PROFIBUS系统和新型智能现场设备的功能 现有PROFIBUS网段可以通过一个代理设备（proxy）连接到PROFInet网络当中 整套PROFIBUS设备和协议能够原封不动的在PROFInet中使用。PROFInet采用标准TCP/UDP/IP协议，加上应用层的远程过程调用RPC/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。

代理设备（proxy） PROFInet技术的核心设备是代理设备(proxy) 代理设备负责将PROFIBUS网段，以太网设备，以及DCS，PLC等等集成到PROFInet系统之中。 由代理设备完成COM对象之间的交互。 代理设备将所挂接的设备抽象成为COM服务器，设备之间的交互变成COM服务器之间的相互调用。

代理设备（proxy） 组件技术不仅实现了现场数据的集成，也为企业管理人员通过公用数据网络访问过程数据提供了方便。 在PROFInet中使用标准IT技术，支持从办公室到现场的纵向信息集成。 PROFInet为企业网络的制造执行系统MES提供了一个开放平台。

Modbus/TCP工业以太网 Modbus TCP/IP采用简单方法将Modbus帧嵌入TCP帧 系统规模可伸缩，10~100个节点 法国Shcneider公司在2002年5月已经将Modbus TCP/IP提交因特网工程特别工作组（Internet Engineering Task Force）,希望能成为工业因特网协议（Industrial Internet Protocol）

E网到底与嵌入式以太网节点 E网到底在一些应用场合已成事实。 带嵌入式以太网节点的现场智能设备 如楼宇等对实际时性要求不高的场合 在现场智能设备中直接集成以太网协议，集成Web服务器，使设备可以在以太网上进行通讯。 目前主要支持此方案的厂家及其产品有： UBICOM公司的SX52BD、IP2022 RABBIT(美国迪进)公司的RABBIT 2000 CHIP等。

E网到底与嵌入式以太网节点

IP2022 IP2022单片机是UBICOM 公司专门为网络应用而设计的，它在具有强大网络通讯功能的同时，还具有一定的I/O处理能力，适合作为智能节点的核心芯片 IP2022包括主运算单元（CPU）、程序和数据存储器、通用定时器、多种网络通讯接口、模/数转换器和通用I/O接口等，只需要增加少量外围电路能实现不同的应用系统 IP2022单片机的一个最突出的优点就是在硬件上支持多种通讯协议，可以支持10Base-T Ethernet、USB1.1、SPI、UART、Bluetooth等通讯

IP2022的结构框图

IP2022的结构 IP2022提供了52个可编程的通用I/O 接口。通过编程可以把它们定义成输入、输出接口，或是并行、串行接口，或是中断请求端口等，另外，IP2022 还提供了8路10位模数转换器 具有高效实用的操作系统——ipOS。IP2022的应用程序可建立在该操作系统之上，利用函数调用来管理各种I/O功能，使编程变得简单、可靠，同时提高了产品调试、定型的速度，降低了开发成本 开发软件功能完善。UBICOM公司推出了一套集成化开发环境——UBICOM Unity IDE，该环境支持C语言编译器，开发环境还提供了数个事例程序 IDE, Integrated Device Electronics 集成设备电路

IP2022的结构 IP2022 提供了许多功能软件模块——类似于函数库，例如，IpOSTM 是基本的操作系统，IpIOTM提供与I/O控制有关的函数调用, IpStackTM 提供TCP/IP协议栈和NE2000以太网驱动等功能 RUBBIT2000的芯片功能、软件与开发工具的情况与IP2022类似，只是网络功能稍弱

基于IP2022的智能小区监控系统 （供暖、供水、配电、保安、消防） 1号楼设备 接其它以太网设备 9号楼设备 接上层网络 光纤

E（Ethernet）网到底已成事实，但仍有问题尚需解决 总线供电 时间发布 实时性 工业以太网技术尚不能完全取代其它现场总线 一（E）网打尽不切实际 控制网络不会是工业以太网的一统天下，相当长时期内会是多种总线并存。

作业： 1、简述什么是工业以太网。 2、简述以太网进入工控领域的优势。 3、请尝试画出工业以太网与OSI的通信参考模型对比示意图。 4、简述工业以太网的应用分类。 5、简述工业以太网扬长避短的措施。 注意： 作业网上提交，用自己的语言描述， http://jcyjs.swust.edulab.cn/，“扩展”栏目 最新PPT下载网址：http://homepage.swust.edu.cn/web/wangshunli/p/598/list.htm