物品流动中的几种重要工业现场总线对比分析与CAN通信协议简单理解
工业以太网的增长受高性能、工厂设备和IT系统集成,以及工业物联网需求的推动。根据HMS发布的2017年工业网络市场份额报告,工业以太网增长速度加快,增长率达22%,占全球市场46%。主要通信协议包括EtherNet/IP和PROFINET,其中PROFINET在中欧主导,EtherNet/IP在北美领先。紧随其后的是 EtherCAT、Modbus-TCP和EthernetPOWERLINK。
在实时工业以太网中,EPA、EtherCAT、EthernetPowerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOSIII是主要竞争者。下面对它们进行简单比较。
Ethernet/IP
由ControlNetInternational和ODVA共同开发于2000年3月。
实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加CIP协议(CommonIndustrialProtocol)。
采用生产者/消费者数据交换模式。
在CIP控制下实现非实时数据和实时数据传输。
引入IEEE15888并制定CIPsync标准提高时间同步精度。
EPA
由浙江大学、中科院自动化所等单位联合制定,是用于工业测量和控制系统的实时以太网标准。
实现实时性的方法是在ISO/IEC8802.3协议所规定的数据链路层之上增加EPA-CSME机制。
支持两种通信调度方式:非实时使用CSMA/CD通信机制,实时性使用确定性调度方式避免冲突发生。
控制网络分为微网段,每个微网段内通信互不干扰。
EthernetPowerlink (简称 EPL)
由奥地利BR公司于2001年开发出来的解决方案,并由EPSGCEthernetPowerlink标准化组织来标准化与强化该技术。
实现通过SCNM消除CSMA/CD不确定性,将TCP/IP协议栈进行了改进,以支持严格要求的同步时间槽中的数据传输。
PROFINET
提供三种类型的通信:TCP/IP标准通道及两类基于IEEE802.1D and IEEE1588扩展技术方案提供软硬件结合解决方案的一般通道RT及IRT通道;以及适用于工厂自动化领域中的过程数据高性能循环传输、高性能传输及运动控制等场景的一般通道RT及IRT通道;
两个组网方式:PROFINETIO(广泛应用于过程控制) 及 PROFINET CBA(广泛应用于智能制造);
5.SERCOSIII
* 发展自1989年的串行Real-Time Communication System(SER-COS),经历了三代发展,即SER-COS I, II 和 III;
SERCOS III 是最成熟版本,它基于 ISO 标准 IE C 61491-26,并且它允许同时处理多个任务,从而提供了一种高效率、高可靠性的交流形式;
6.EtherCAT
无法获取到足够详细信息,但是可以知道它是一个支持高速本地总线功能(如CAN或RS232)与远程网络功能(如乙太坊)的新型现场总线技术,它能快速响应并处理复杂操作,如点阵扫描触摸屏显示器。在低速设备之间建立一个灵活且高度可配置的连接网络结构,使得任何节点都能够成为主从节点,这样就可以实现任意拓扑结构;
7.Modbus-TCP
Modbus-TCP是一种构建在TCP/IP协议栈上的MODBUS 协议的一个变体,它保持了原有MODBUS 的简单性,但加入了更好的网络能力。这使得Modbus-TCP 成为了许多现代监控与控制系统中常见的事务管理工具之一。由于其易于实施,不需要专门硬件或软件支持,因此非常受欢迎。在这个背景下,由于是构建在 TCP 上,所以没有直接被认为是 “真正”的“即時”沟通。但是,因为它通常被用作基础设施级别,所以仍然会被看待为一种有效选择。当涉及到需要更强大的即時特征的时候,那些具有这方面特征的大规模商业解决方案就会更加受到考虑;