工业以太网：从现场总线到实时通信

"工业以太网是随着自动化系统分布式、智能化和实时控制需求的发展而引入的关键通信技术。它解决了现场总线系统互操作性差的问题，通过扩展以太网技术以满足工业环境中的高可靠性和实时性要求。工业以太网包括多种标准，如ProfiNet、FF HSE、EthernetPowerlink、Ethernet/IP、EPA和ModBus。" 工业以太网的出现是由于传统现场总线系统的局限性，即众多不同类型的现场总线缺乏统一标准，导致互操作性差。以太网的普及和低成本使其成为解决这一问题的理想选择。然而，工业环境对实时性和可靠性的高标准使得普通以太网无法直接满足，因此产生了工业以太网，它通过应用层或更底层的扩展来优化性能。 ProfiNet是由Profibus发展而来的，提供从应用层到物理层的完整解决方案。它具有标准通道（基于TCP/IP，非实时）和实时通道（绕过TCP/IP，利用报文优先级）。ProfiNet的同步实时通信依赖于同步实时ASIC芯片，通过预留时间片来确保实时数据的传输。它有三种通信方式：TCP/IP（响应时间约100ms）、实时通信（5~10ms）和同步实时通信（1ms响应时间），其中同步实时通信需要硬件和软件的配合，如实时操作系统和报文优先级，以及使用IEEE 1588时间同步协议。 FF HSE（High Speed Ethernet）是另一个工业以太网标准，主要用于过程自动化领域的高速通信。EthernetPowerlink是一种开放源代码的实时以太网解决方案，它通过优化网络结构实现微秒级的实时性能。Ethernet/IP由ODVA（开放设备供应商协会）开发，主要用于制造业，它在应用层提供实时性，但整体实时性能相对较弱。 EPA（Ethernet for Process Automation）是中国提出的工业以太网标准，旨在解决中国工业自动化领域的通信问题。ModBus则是一种较早的通信协议，现在也被应用于工业以太网中，提供基本的设备联网功能。 工业以太网通过各种不同的技术和标准，如ProfiNet、FF HSE、EthernetPowerlink、Ethernet/IP、EPA和ModBus，满足了工业环境中的不同需求，提升了通信效率和实时性，推动了工业自动化系统的进步。