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BAS系统通信网络与现场总线技术,3.1 数据通信基础概述,数字通信系统模型,一、信源编码与码型 信源编码：用编码的方法提高通信传输效率。信道编码：为解决误码问题而采用检错和纠错码，如CRC码。利用不同的形式的电平信号来表示二进制位的编码，称为码型。常见码型有：二电平码:不同电平表示1和0。如非归零电平码（NRZ-L），1用负电平表示，正电平表示0。差分码：“1”开始时出现电平跳变，“0”时不跳变。如非归零反相码（NRZ-I），又称遇“1”翻转码。双极性信号交替反转码：正负电平交替用来表示1，0时为零值电平。如信号交替反转码AMI。曼彻斯特码Manchester：比特位中点位置电平跳变，负到正跳变表示“1”，反之表示0。还有差分曼彻斯特码、密勒码、双二进制码等。,数字信号传输一般采用非归零码、曼彻斯特及差分曼特斯特码。,曼彻斯特码已被用于令牌环网及随机接入控制方式的总线网中，工控领域用得较多。其缺点是两个电信号携带一个比特信息，传输效率只有50%。可采用4B/5B编码方式，使效率提高到80%，此编码方法已广泛用于快速以太网和光纤分布式数据接口网（Fiber Distributed Data Interface,FDDI）。,差分码又称相对码，在差分码中利用电平是否跳变来分别表示“1”或“0”，分为传号差分码和空号差分码。传号差分码是输入数据为“1”时，编码波型相对于前一代码电平产生跳变；输入为“0”时，波型不产生跳变。空号差分码是当输入数据为“0”时，编码波型相对于前一代码电平产生跳变；输入为“1”时，波型不产生跳变。差分曼彻斯特编码兼有差分码和曼彻斯特编码的特点，与曼彻斯特编码不同的是，这种码元中间的电平转换边只作为定时信号，而不表示数据。差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。在曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中，每比特中间都有一次电平跳变，因此波特率是数据速率的两倍。对于100Mb/s的高速网络，如果采用这类编码方法，就需要200M的波特率，其硬件成本是100M波特率硬件成本的510倍。为了提高编码的效率，降低电路成本，可以采用4B/5B编码。,4B/5B编码方式，使效率提高到80%，其特点是5个比特中不少于二个1，5个信号携带4个信息。此编码方法已广泛用于快速以太网和光纤分布式数据接口网（Fiber Distributed Data Interface,FDDI）。,这实际上是一种两级编码方案。系统中使用不归零码（NRZ），在发送到传输介质之前要变成见1就翻不归零码（NRZ-I）。NRZ-I代码序列中“1”的个数越多，越能提供同步定时信息，但如果遇到长串的“0”，则不能提供同步信息。所以在发送到介质上之前还需经过一次4B/5B编码，发送器扫描要发送的比特序列，4位分为一组，然后按照表2-1的对应规则变换成5位的代码。5位二进制代码的状态共有32种，在表2-1选用的5位代码中1的个数都不小于2个。这就保证了在介质上传输的代码能提供足够多的同步信息。另外还有5B6B、8B/10B等编码方法，其原理是类似的。,二、并行传输与串行传输三、单工、半双工与全双工传输四、异步传输和同步传输 同步传输：多用于面向位的高级数据链路控制（High level Data Link Control,HDLC）。效率高但实现较复杂。异步传输：数据块较小，对时钟精度要求不高，常用于低速传输系统中。五、数字基带传输与频带传输 基带传输：二进制编码的0和1直接以电脉冲的形式在信道中传输，适于短距离，多数工控网及现场总线采用此方式，以太网亦是。频带传输：将基带信号调制成数字频带信号，以载波方式传输。传输的为模拟信号，适于远距离，可能为有线或无线。需调制和解调，常用调制方式有ASK、FSK及PSK。,六、有线信道与无线信道1、双绞线（Twisted Pair）与非双绞线（Untwisted）分单对及多对双绞，常用2对（工业控制系统网络、工业以太网）、4对（以太网）。Category 5(CAT5):四线对，数据级UTP（Unshielded Twisted Pair），相对四类线增加了绕线密度，每英寸（2.54cm）至少绞合3次。,RJ-45插头,EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B。标准568B：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8；(国内使用)标准568A：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8。100BASE-T4 RJ-45对双绞线的规定如下：1、2用于发送，3、6用于接收，4、5，7、8是双向线。1、2线必须是双绞，3、6双绞，4、5双绞，7、8双绞。,2、同轴电缆（Coaxial Cable）优势：安装相对简单、价格合理 劣势：易损坏、有些电缆不易用（如粗缆）、连接器较贵。容易出的问题：中心导体与屏蔽层之间的开路或短路可能损害电缆、特性阻抗不匹配（引起信号反射，造成信号传输错误）、缺失终端电阻等。3、光纤（Fiber Optic）单模（直径很小，加工困难，价格高，频带宽、传输量大、适于远距离）。变化折射率多模光纤（具有较高的性价比，目前应用较多）,连接方式：插头连接、机械方法接合、融接插头连接通常使用光纤连接器。,4、无线通信 低频波（长波）用于特种通信，中波、短波和超短波用于无线电广播通信。微波频率300M300GHz，用于通信主要在240G频段，如WLAN。,七、信道编码及差错控制方式差错控制：利用信道编码控制通信系统传输差错的方法差错控制三类基本方法时间冗余法：多次发送，相互比较以判断正确性。以时间换可靠性，不能保证实时性，工业网中并不采用。信道冗余法：发送端经多个信道发给接收端，接收端通过表决方式取得正确数据。工业网络中常采用物理信道冗余方式，但不是为了差错控制，每个独立的链路还是采用数据冗余法进行差错控制。数据冗余法：常用方法。它是在要传送的数据块后附加检验码（冗余码），接收端按编码公式，译码并进行校验。分检错码和纠错码。,差错控制方式：自动请求重发（Automatic Repeat Request,ARQ）向前纠错（Forward Error Correction,FEC）混合纠错（Hybrid Error Correction,HEC）信息反馈（Information Repeat Request,IRQ）,八、异步串行通信物理接口标准,1、RS-232接口标准,RS-232接口标准的不足：点对点，不利于多智能设备间的通信，距离太短（15m），速率慢（20K bps），工作电压标准与现代标准电源不兼容。,2、RS-422接口标准：数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。,通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-26V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。,上左图中是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。上右图是其DB9连接器引脚定义。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。,终接电阻100，一个，在在传输电缆的最远端。,3、RS-485接口标准 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，如图。,而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。参见下图。,LTC2871采用RS232到RS485转换的RS232扩展电缆连接框图 RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。,LTC2870/71 RS485全双工网络框图,九、数据通信系统的几个指标数据传输速率，即比特率调制速率，即波特率，二进制时与比特率相等。信噪比误码率频带利用率通信建立时间,3.2 计算机网络基础,一、计算机网络构成1、网络组成（由网络节点构成）端节点：拥有计算机资源的用户设备。转接节点：支持网络连通性并在网络中对数据起转发及交换的设备。网络习惯分为资源子网和通信子网。资源子网：由端节点构成的用户子网。通信子网：完全由转接节点和链路按照某各结构互连而成。,2、网络拓扑（Topology）结构指网络中各节点相互连接的方法与形式。,总线型拓扑结构,环状拓扑结构,网状拓扑结构,树状拓扑结构,星型拓扑结构,扩展星型拓扑结构,网络拓扑结构,二、计算机网络的体系结构,1、OSI模型由国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）制定的开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model），简称OSI模型。“开放”表示能使任何二个遵循参考模型和有关标准的系统进行互连。模型共有七层，每层的目的是为上面的层提供服务，并定义对等系统必须遵守的规则和规程，以达到和其他系统对等进程进行通信的目的。,OSI参考模型,2、协议（Protocol）,在二个实体间控制数据交换的规则的集合，包括语法、语义和时序。简单协议如基于ASCII的，复杂如TCP、IP。二层协议如SDLC（同步数据链路控制）、HDLC（高级链路控制）。三层协议IP（Internet Protocol，互联网协议）、IPX。四层协议TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）、SPX。5+6+7层协议CIP（Common Industrial Protocol，通用工业协议）、HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）、FTP（File Transfer Protocol、文件传输协议）、POP3（Post Office Protocol 3，邮局协议第三版）等。,协议所处工作层，需完成以下一个或多个功能：,数据包破碎/分段与组装：每个协议对处理和低层协议有关联的数据包都具有局限性，如三层协议IP只能处理64KB的包，则四层TCP协议须将来自五层的数据包分段。二层协议只能接受不大于1500字节的数据，则三层必须将数据“破碎”成二层可处理的数据单元。封装：每个协议都需要“无损害”地处理来自上层的数据，即不关心其内容而将它们向下传递。原始数据每经过一层协议处理，就会附带有该层的处理信息。连接控制：一些四层协议如TCP需要和另一端的对等层建立逻辑连接，同样需要中止连接的机制。顺序传送：不同的数据碎片到达的顺序可能不定，在三层通过增加顺序号、偏移量及标志等信息解决。流量控制：收发端必须能进行联络，以防数据传输超限。简单协议常采用“握手”应答机制，复杂协议常采用“滑动窗口”技术。,差错控制:（上节已介绍）寻址：不同层的协议需要识别另一端的物理或逻辑接收端，有不同的实现方法。如四层协议TCP、UDP使用端口号识别，IP协议使用IP地址，二层协议使用硬件（或介质）地址。路由选择：小网之间由路由器互联，路由之间必须要相互通信，以确定到达网络中给定目的地的最佳路径，由路由协议RIP、OSPF等实现。多路复用：一个物理信道创建多个逻辑信道，如高级协议TCP协议，或一个数据流通过多个物理连接进行传递，如低级协议PPP。,3、TCP/IP协议组,TCP/IP是一种分层模型的协议集合。基于硬件层次包括4个概念性层次协议：应用层、传输层、IP层和网络接口层。TCP/IP有二个重要的分界：协议地址分界，以区分高层和低层地址；操作系统分界，以区分系统和应用程序。,TCP/IP的层次结构及分界,TCP/IP分层工作原理,主机A与主机B的通信，其物理网络可以不同，此时不同的网络间通过路由来联接。不同的网络数据帧和IP数据报不一样，中转和解释工作通常由工作在IP层的路由器实现。,三、局域网技术与标准1、局域网（LAN，Local Area Network）标准2、以太网技术,3、虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）它通常工作在OSI模型的二、三层，主要用途是基于一个物理网上划分不同的逻辑子网，逻辑子网间不能直接访问，用于抑制广播数据（控制广播风暴）在不同逻辑子网间传播和安全管理的目的。可以增加网络连接的灵活性，使不同地点、不同网络、不同用户能够组合在一起，形成一个虚拟的网络环境，就如本地LAN一样方便、灵活、有效。可以增加网络的安全性，VLAN之间相互隔离，大大提高了网络的利用率，确保了安全保密性。,4、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）使用射频技术取代传统线路，主要有2.4GHz和5GHz，建筑物内距离不超过100米，开放区域可达300400米。BAS系统应用WLAN技术的最大可能是利用移动终端实现设备或系统的维护。5、FDDI网络（光纤分布式数据接口网）其特点是快速、可靠，自动化系统应用较多。,FDDI双环网及其自愈原理,四、网络安全技术1、网络安全层次模型物理层：防搭线偷听技术（或易检出被偷听）。数据链路层：采用数据加密和解密方式，一般是专用设备或特殊网络中用，不适于Internet。网络层：用防火墙技术处理信息在内外网边界的流动，有效屏蔽不明信息。传输层：采用端到端加密措施，即进程之间的加密。应用层：身份认证与识别。2、防火墙（Firewall）技术一种内外网边界的数据过滤和封锁机制，实际上是一种隔离技术。基于内网安全，外网不安全的认识，阻断外网的非法访问，但无法控制内网的非法访问。,防火墙技术主要有：网络级数据包过滤应用级网关与代理服务器状态检测防火墙五、局域网设备中继器（Repeater，RP），物理层的介质连接集线器（Hub），一种特殊的中继器，提供多端口服务。网桥（Bridge），为数据链路层提供连接服务，主要作用是存储转发。交换机（Switch），是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在第二层的操作。路由器（Router），工作于第三层即网络层，用于连接多个逻辑上分开的网络。网关（Gateway），用于连接不同类型而协议差别又较大的网络。网关的功能体现在最高层（应用层）。,3.3 工业通信网络,一、一般特征工业现场对数据网络的主要要求：实时性、可靠性、安全性工作条件比较恶劣 工业通信网通常指用于生产过程控制的网络，一般包括车间级用于控制器的控制网络和设备级总线网络二部分。习惯将用于工业通信的网络称为“现场总线（Field Bus）”，而一般的信息网络主要用来实现企业内部信息共享。,现场总线上，强调数据通信实时性和确定性，是指在一个可预测的时间内，一个数据能够完成数据发送、传输和接收，最终到达目的地。实时系统的关键在于数据传输的可预测性，即通信确定性。工业控制实时性分为四个等级。1级：100mss级，用于对数据传输时间无苛刻要求的系统，如楼宇自动化系统、SCADA系统等。2级：1100ms，可满足大多数过程控制需求，如城轨BAS系统，连续制造业的过程控制DCS系统。3级：100s左右，用于一般运动控制场合，如数控机床，高速过程控制等。4级：10 s左右，响应时间最为苛刻，用于高精度动态同步的运动控制，如电子齿轮等。,现场总线的三种通信模式1、主从模式（Master/Slave）：主站发起通信，从站只有在主站所发目的地址与本站匹配时，才按规定的处理响应时序向网络发应答包。从站之间不能直接通信或交接数据，一般同一个网络只能有一个工作主站，如MODBUS。2、对等模式（Peer to Peer）：节点设备依靠令牌或某种仲裁机制获得一定时限的总线控制权，在规定时间内，每一节点可向其它节点传送数据或命令，典型的PLC层的控制网络均属于此，如Mudbus Plus。3、混合模式：在同一总线或控制网络中具有主从和对等通信模式，如PROFIBUS。控制器主站间采用令牌对等方式，控制器与受控从设备采用严格的主从通信方式。,现场总线的四种对话模式1、轮询模式（Polling）：主站周期或非周期性查询从设备工作状态和数据，或向从站发命令和数据。2、例外报告模式（Report）：无需接受请求，一个节点向一个或多个节点发送报文，一般用于报警信号处理，即在状态发生变化时通信。常与轮询方式合并使用，即可减少通信量，又保证数据完整性。3、客户/服务器（Client/Server,C/S）模式：一台设备作为客户发出请求，另一台设备作为服务端响应请求，并作出动作或返回数据和结果。4、生产者/消费者（Producer/Consumer）模式：产生数据的节点向总线广播数据，需要此数据者主动接收。通信效率得到提高，数据到达不同节点的时间相同，可以实现通信的精确同步。典型的协议如ControlNet、Ethernet/IP。,二、IEC61158标准规范的工业通信网络标准（现场总线），经过十多年努力，起草并公布了第四版，列入了14种现场总线，实质上是宣告统一标准的失败。但标准的制定规范了协议，方便的互联，有利于开放。现场总线技术是构成现代PLC系统的主要技术之一，各PLC厂家都有基于自主产品的现场总线技术和产品。城轨BAS即是一类典型的PLC和现场总线的应用领域。,三、MODBUS协议,MODICON公司（已并入施耐德）的一种在工业领域广为应用的真正开放、标准的网络通信协议。在RS232/485通信中广泛采用这种规约。SCADA和HMI（人机接口）通过此协议可容易将带串行通信口的设备集成在一起。基于TCP/IP的MODBUS 已提交作为IEC的公共可用规范。MODBUS是ISO/OSI的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型的总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信，客户请求，服务器分析并处理请求后向客户端发送结果，如出现任何差错则返回一个异常功能码。,目前可以通过三种方式实现MODBUS通信：MODBUS异步串行链路MODBUS PlusMODBUS TCP/IP,MODBUS只定义了应用层协议，与物理及链路层没关系，MODBUS Plus和MODBUS TCP/IP都是其应用层协议的应用，二都的物理层、链路层均不同，但同样能实现通信。MODBUS定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）特定总线或网络上的MODBUS协议映射能够在应用数据单元（Application Data Unit，ADU）上引入一些附加域。启动MODBUS事务处理的客户机创建PDU，功能码向服务器指示将执行哪种操作。,通用MODBUS帧,含有请求和响应参数,MODBUS数据帧格式,从功能上讲，MODBUS 包括24种命令，每一功能都有相应的功能码。最基本的功能主要包括AI/AO、DI/DO的数据传送，PLC如果支持MODBUS，那么都应该包含这些基本命令。PLC将模拟量和数字量存放在不同的寄存器中。模拟量在PLC中是保存在寄存器(Holding Register)中，数字量保存在线圈中(Holding Coils)。只有主站具有主动权，从店只能被动响应，包括回答出错信息。主站：从站地址 功能码 数据起始地址 数据量 CRC校验码从站：从站地址 功能码 数据量 应答数据 CRC校验码,xx xx xx xx xx xx从站地址 功能码 数据区 校验码 1字节 1字节 0251字节 2字节,说明：从站地址:0FFh功能码:常用01h06h、10h、其它数据区:命令帧的参数、响应帧数据校验码:CRC-16校验,MODBUS功能码,读功能 01h:Read Coil Status（读保持线圈状态）02h:Read Input Status（读输入线圈状态）03h:Read Holding Register（读保持寄存器）04h:Read Input Register（读输入寄存器）写功能 05h:Force Single Coil（写单个线圈）06h:Preset Single Register（写单个寄存器）10h:Preset Multiple Registers（写多个寄存器）,功能码-01h Read Coil Status,说明：每个字节包含8个Coil Status,举例：从机地址:20(14h)位地址:1000h位个数:16(0010h)发:14 01 10 00 00 10 3b c3收:14 01 02 41 A0 84 17解:02h个字节数据 41h01000001对应bit7-bit0 A0h10100000对应bit15-bit8,功能码-02h Read Input Status,说明：每个字节包含8个Input Status,举例：从机地址:20(14h)位地址:1000h位个数:16(0010h)发:14 02 10 00 00 10 7f c3收:14 02 02 41 A0 84 53解:02h个字节数据 41h01000001对应bit7-bit0 A0h10100000对应bit15-bit8,功能码-03h Read Holding Registers,说明：一个寄存器=2byten为偶数,举例：从机地址:20(14h)寄存器地址:0100h寄存器个数:6(0006h)发:14 03 01 00 00 06 c6 f1收:14 03 0C A0 41 00 00 00 00 16 02 00 00 1C 00 E7 75解:0Ch个字节数据即6个Reg 依次为:A041h 0000h 0000h 1602h 0000h 1C00h,功能码-04h Read Input Registers,说明：一个寄存器=2byten为偶数,举例：从机地址:20(14h)寄存器地址:0100h寄存器个数:4(0004h)发:14 04 01 00 00 06 73 31收:14 04 0C A0 41 00 00 00 00 16 02 00 00 1C 00 E1 B2解:0Ch个字节数据即6个Reg 依次为:A041h 0000h 0000h 1602h 0000h 1C00h,功能码-05h Force Single Coil,说明：执行成功：响应帧与命令帧相同；否则返回错误代码。,举例：从机地址:20(14h)位地址:1F10hBit Set:FF00h发:14 05 1F 10 FF 00 88 EE收:14 05 1F 10 FF 00 88 EE解:响应帧与与命令帧相同,Bit Set成功.,功能码-06h Preset Single Coil,说明：执行成功：响应帧与命令帧相同；否则返回错误代码。,举例：从机地址:20(14h)寄存器地址:01F2h写入值:5(0005h)发:14 06 01 F2 00 05 EB 03收:14 06 01 F2 00 05 EB 03解:响应帧与命令帧相同,写成功,功能码-10h Preset Multiple Registers,说明：命令包含写入寄存器个数、字节数。,举例：从机地址:20(14h)寄存器地址:0002h写入0004h个寄存器即08字节:依次为0004 0C09 0F13 E5DE发:14 10 00 02 00 04 08 00 04 0C 09 0F 13 E5 DE 3B A6收:14 10 00 02 00 04 62 CF解:寄存器地址=0002h 寄存器个数=0004h 写入成功,异常响应,说明：响应帧功能码=命令帧功能码+80h不同的Exception Code针对不同的功能码有不同的说明。,举例：从机地址:20(14h)寄存器地址:F000h寄存器个数:4(0004h)发:14 03 F0 00 00 06 F4 0D收:14 83 02 D1 35解:功能码=03h+80h 异常代码=02h,3.4 工业以太网,一、概述以太网技术的一些固有特点和技术优势越来越为工业用户所青睐。工业中应用以太网是基于以下需求：对经济性的需求，一是网络节点和系统集成成本，最好是单一廉价网络从顶层到车间一网贯通。工业现场总线技术的多标准使用户仍无所适从。生产信息化是现代工业企业的共同需求。,与传统现场总线系统相比，以太网具有的优势：高速率、低成本、应用普及性、开放性、灵活性及能承载多种数据服务。以太网的不足：实时性、传输冲突，针对其不足，工业以太网进行了相应弥补。使之具备实时性和确定性特点，同时又可以兼容一般的以太网协议，实现方法有：1、利用高速以太网2、在以太网中增加实时功能，对通信帧按照优先级进行处理3、改变以太网的介质访问控制机制，采用主从方式，利用时间同步和时间槽方法规划和管理网络通信，确保在特定的时间槽内只有一个网络节点访问介质，从而避免冲突，网络通信周期和时间槽的划分可确保通信的确定性和实时性，其实时性可达3级到4级，完全满足工业控制对数据实时性需求，如Ethernet PowerLink。4、将现场总线的应用层数据报文封装在TCP/IP的数据帧后在以太网上传输，如Ethernet/IP，MODBUS/TCP等。,目前“以太网+TCP/IP”已成为事实上的工业标准。各公司也将工业以太网技术融入到各自的产品中。ROCKWELL推广Ethernet/IP，Quantum支持MODBUS/TCP、SIEMENS借助PROFIBUS的优势推广PROFINET，B&R（倍加莱）公司倡导Ethernet PowerLink标准。BAS系统中常见应用于PLC的工业以太网协议就有以上几种。以至于基于以太网的各种实时协议标准又如现场总线一样呈现多样化，相互之间不能互联互通。二、Ethernet/IP 实质是标准以太网+TCP/UDP/IP+CIP协议（Common Industrial Protocol，通用工业协议）三、MODBUS TCP/IP是一种面向连接的传送，需要响应，这种请求/响应技术很适用于MODBUS的主站/从站特性。,四、PROFINET 是一种实时以太网开放标准，有三种通信方式。1、使用以太网和TCP/IP协议通信，响应时间大于100ms，主要用于自动化系统和其他系统的连接。2、V2，软实时（Soft Real-Time，SRT）通信，510ms间。基于OSI第二层规定了优化的实时通信通道，增加了实时通信协议。,3、V3，同步实时通信（Isochronous Real-Time，IRT），用于高性能的同步运动控制，在100点以下，响应时间低于1ms。其同步实时IRT功能建立在第二层，由内嵌的ERTEC同步实时交换芯片（专用ASIC芯片）提供。其工作原理是在一个周期内通过分隔时间域来传输实时和非实时数据。如下图示。,五、Ethernet Powerlink（EPL）实时数据传输周期最小可达200微秒，支持多种拓扑结构，允许所有节点直接交换数据，不使用交换机而只用集线器以消除存储转发延迟。采用等时同步原理保证数据传输的确定性，即每一个精确的总线时钟周期内，确保传送实时数据。避免网络冲突的方法采用SCNM（Slot Communication Network Management，槽通信网络管理），专门的时间槽用于调度等传送的实时数据，共享时间槽用于异步数据。,二种工作模式保护模式：允许循环时间最小200微秒，网络需要桥路或路由器隔离开放IT网络。开放模式：循环时间ms级，可应用于开放的、交换式的网络，不需要隔离。是一个循环运行的等时同步系统，即所有系统数据在同一个时间长度内进行再生成、交换和处理。在一个固定的时间间隔内站与站之间循环交换数据，循环时间可根据需要由软件设定。一个网络通信服务包括启动、循环同步、异步和空闲四阶段。,启动阶段管理站发送循环启动帧，以广播形式发出，各站点就此同步,循环同步阶段：所有站点在此周期内进行同步信息交。管理站向某站先发一个邀请帧PRq，此站得到发布许可后，以广播形式发出一帧回应信息PRs,异步阶段：非循环通信时间段，为没有实时要求的信息留下，如程序的上下载等应用。如果控制站需发异步数据，则发一个PRs帧给管理站并排队。,End-of-Cyclic,空闲阶段,3.5 PLC现场总线,一、概述二、常用PLC现场总线1、ControlNnet（ROCKWELL公司）2、MELSECNET（三菱公司）3、Controller Link（OMRON）4、MODBUS-Plus（MODICON）5、PROFIBUS（SIMENS）6、CAN与CANopen（罗伯特博世公司）7、DeviceNet（ROCKWELL公司）,8、CC-Link（三菱电机）,3.6 工业网络设备,一、工业以太网设备1、交换机2、光电转换器3、电缆4、连接器5、网卡二、工业网关设备1、串行网关2、互联网关,3.7 BAS系统通信网络应用,现场总线的多标准共存，有其合理性与存在价值多标准共存对构建分立BAS系统并无大碍总线通常伴随PLC产品应用，在规划PLC和底层装置或设备的现场总线时，需考虑总线类型的选择，可确定一到二种，不能过多。由PLC构成的BAS系统，其开放性不是在PLC之间的总线协议来表现，更重要的是构成BAS系统的软件平台开放性、PLC对其它协议或总线的支持程度及集成商的服务能力。网关设备的发展及集成商服务能力的提升，使用户掌握现场总线使用的主动权越来越大。,BAS系统利用现场总线的三个目的：连接现场各类智能测控仪表作为PLC系统内部的远程IO通信总线监控系统或其他系统集成,