不同的工业以太网标准有哪些？

        各种工业以太网标准之间的差异实际上是协议之间的差异，其中最重要的是应用层协议之间的差异。它们都是以太网通信，但每个公司的名称不同。西门子使用PROFINET，abb使用以太网IP和施耐德的Modbus TCP/IP。

        例如，以太网就像一条高速公路。以太网/IP、PROFINET和Modbus TCP/IP就像高速公路上的宝马、奔驰和奥迪汽车，可以将货物从一个城市运输到另一个城市。但是，安装在每辆车上的零件不能替换为另一辆车上的零件。

        Ethernet control automation technology（以太网控制自动化技术）是一种基于以太网的开放式现场总线系统。以太猫是控制自动化技术的首字母缩写。EtherCAT最初由Beckhoff automation GmbH开发。它为系统的实时性能和拓扑灵活性设定了新的标准。同时满足甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT还具有高精度设备同步、可选电缆冗余和功能安全协议（sil3）。

        以太网/IP是用于工业自动化应用的工业应用层协议。在标准UDP/IP和TCP/IP协议的基础上，定义了一个应用层协议，用于使用西蒙公司开发的固定以太网硬件和软件配置、访问和控制工业自动化设备。

        Ethernet/IP属于ODVA组织，罗克韦尔只是其中一家大力推广的公司。施耐德也是ODVA组织的成员。施耐德所有PLC均支持以太网/IP协议。以太网/IP协议是十大总线之一。它与ControlNet和DeviceNet一起被称为CIP总线。可以实现协议间路由，但需要通过rslinx软件进行配置。在通信过程中需要设置RPI参数，并且没有来自任何客户端的反馈信息。因此，无论现场客户端是否接收到数据，服务器发送的数据都是一致的、连续的，没有相应的检测。

        PROFINET由PROFIBUS International（PI）推出，是基于工业以太网技术的新一代自动化总线标准。作为一项战略性技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了完整的网络解决方案，包括实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全和网络安全等自动化领域当前的热点话题。作为一种跨供应商技术，它可以与工业以太网和现有现场总线（如PROFIBUS）技术完全兼容，以保护现有投资。

        PROFINET是满足不同需求的完整解决方案。其功能包括实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、it标准和信息安全、故障安全和过程自动化8个主要模块。

        Modbus/TCP是Modbus系列通信协议的衍生产品，用于管理和控制来自简单中立制造商的自动化设备。显然，它涵盖了使用TCP/IP协议在“Intranet”和“Internet”环境中使用Modbus消息。该协议最通用的用途是服务于PLC、I/O模块和连接其他简单域总线或I/O模块的网关。

        Modbus/TCP协议作为（实际）自动化标准发布。由于MODBUS已广为人知，本规范仅包含少量其他地方未包含的信息。然而，本规范试图澄清MODBUS中的哪些功能对普通自动化设备的互操作性有价值，以及哪些部分是MODBUS的“冗余部分”，在PLC中作为可编程协议交替使用。它通过支持消息类型的“一致性级别”来区分一般适用和可选消息，尤其是适用于PLC等特殊设备的消息。

        Modbus TCP/IP由Modbus IDA提出，主要由施耐德旗下的Modicon公司推广。目前，施耐德所有PLC产品均支持以太网/IP协议。Modbus TCP/IP是一种自由且完全开放的协议。它可以用VB等高级编程语言调用Winsock控件，实现与PLC的数据通信。因此，许多产品都支持该协议。同时，在使用该协议进行通信时，可以获得客户端的数据验证返回，因此可靠性和安全性都很高，当然这是以牺牲数据量为代价的。

        结合以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域的广泛应用基础，Ethernet Powerlink结合了这两种技术的优缺点，即：它拥有高速、开放的以太网接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO和PDO数据定义。从某种意义上说，Powerlink是以太网上的CANopen，物理层和数据链路层使用以太网介质，而应用层保留了SDO和PDO对象字典的原始结构

        虽然这些工业以太网是国际标准，但它们参考了IEC 61784中的标准，但这些工业以太网并不都是标准以太网。也就是说，这些工业以太网并不都是符合IEEE802的3U标准，其中只有Modbus TCP和Ethernet/IP符合IEEE802 3U，只有符合IEEE802 3U标准才能与未来it和以太网的发展相兼容。它不符合ieee802。1 3U标准基本上不是以太网。他们修改了以太网、硬件或软件。它不再是以太网。

        Modbus TCP和Ethernet/IP的主要区别在于应用层不同。modbustcp的应用层采用Modbus协议，Ethernet/IP采用CIP协议。这两个工业以太网的数据链路层采用CSMA/CD，因此它们是标准以太网。另外，这两种工业以太网的网络层和传输层均采用TCP/IP协议族。另一个区别是，Modbus协议中没有协议来完成功能安全、高精度同步和电源运行控制，而Ethernet/IP有cipsafety、CIP sync和CIP motion来完成上述功能。因此，施耐德加入了ODVA，成为ODVA的核心成员，推广以太网/IP。由于这两个网络是标准的TCP/IP以太网，所有标准以太网节点都可以访问这两个网络。

        PROFINET分为V1、V2和v3。现在一般称为PROFINET CBA、PROFINET IO和PROFINET IRT，即通过以太网实现点对点通信、实时控制和运动控制。V1采用TCP/IP协议和标准以太网，V2和V3不采用TCP/IP协议。它们都绕过TCP/IP协议，采用其他网络层和传输层协议。开发人员认为TCP/IP协议增加了网络中数据的传输延迟。事实上，这是一个误解，根据美国密歇根大学教授的研究，TCP/IP数据传输延迟很小。他们研究发现，数据通过TCP和IP协议栈的延迟小于100微秒，如果采用UDP/IP协议，延迟会更小。同时，他们还研究了不同应用层的数据延迟相对较大，不同协议的延迟不同，但差异不是很大，从200到800，经过实验，他们认为，以太网基础设施（指交换机、网卡等）和TCP/IP协议不是影响工业以太网实时性能的主要原因，但应用层协议是主要原因。因此，密歇根大学的教授认为绕过TCP/IP协议是没有意义的。相反，由于缺乏TCP/IP协议，设备缺乏it功能，这与其他现场总线没有区别。PROFINET V3更为特殊。它没有完全采用标准以太网的数据链路层。一方面，它不采用以太网的数据链路层（CSMA/CD），另一方面，它采用自己的数据链路层，这是通过一个高精度的时间来完成的。因此，PROFINET V3不是标准以太网，这给PROFINET V3带来了以下问题：无法使用标准交换机和以太网芯片。连接到企业网络时可能会出现问题。连接到标准以太网需要一个特殊的网关。添加和删除节点需要重新配置和重新启动网络到目前为止，还没有千兆网络。最重要的是，当标准以太网发展时，它不能与标准以太网兼容，也不具备以太网未来应该具备的功能。

        EtherCAT工业以太网也很奇怪。他们不使用标准芯片，一般不使用开关，软件也不标准。对以太网数据帧进行了一些修改。我们知道一个数据帧只有一个源节点，但EtherCAT数据可能有多个源节点，也就是说，一个数据由多个节点发送的数据组成。因此，对于这样的网络，标准以太网设备无法访问这样的网络。

        从目前的发展来看，以太网/IP和PROFINET更适合于工业自动化行业。首先，这两种工业以太网用于传输非实时数据和实时数据，也就是说，它们可以用于离散控制和过程控制（当然，它们还不能用于本质安全应用）。其次，这两种工业以太网可以用于网络功能的安全传输。以太网/IP有CIP安全协议，而PROFINET有profisafe协议。在运动控制方面，PROFINET具有PROFINET IRT，而Ethernet/IP具有CIP安全性。两者均可用于中高端运动控制。最后，两者都有基于IEEE1588的高精度时钟同步。Modbus TCP、EtherCAT和Powerlink只能完成一些控制任务。例如，Modbus TCP通常仅用于常规IO实时和非实时数据。EtherCAT和Powerlink更有可能是为运动控制而开发的。它们似乎没有功能安全性，也没有大型自动化公司在PLC和DCS控制方面的支持。此外，他们修改了以太网，一个在软件上，另一个在软件和硬件上，这与标准以太网设备不兼容。我个人认为，得不偿失。工业以太网是为满足运动控制而发展起来的，不能与现有标准以太网设备兼容的非以太网设备。与其说是工业以太网，不如说是另一种现场总线。