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从上述结果看,排名前四的总线协议:EtherCAT、Modbus( 含TCP)、Profinet、EtherNet/IP。
这四种实际上都属于工业以太网协议,同时也是占比最多四种以太网协议。当然,除了上述这几种外,还有哪些呢?我们这期和大家分享工业以太网的发展、种类占比及比较。
2024年工业以太网市场规模
根据HMS的最新研究表明,工业网络市场持续扩大,预计2024年将增长7%。值得注意的是,工业以太网仍然是主要参与者,占所有新安装节点的71%(与去年的68%相比)。与此同时,现场总线下降到22%(从24%),无线技术从8%略有下降到7%。在顶级竞争者中,PROFINET占新安装节点的23%,紧随其后的是EtherNet/IP,占21%,EtherCAT现在占16%。
我们这里在网上找到2017年的数据做个对比:
这不难得出结论:工业以太网越来越受欢迎,变得更加普遍,提供了更高的速度、增加的连接距离以及连接更多节点的能力。
工业自动化组成
通信是所有工业自动化组件高效生产系统的支柱。工业自动化包括四个主要组件:PLC控制器、HMI面板、工业驱动器和传感器。下图展示了这些主要的工业自动化组件,展示了它们如何协同工作。
PLC控制器是工业自动化系统的中心节点;它提供继电器控制、运动控制、工业输入输出过程控制、分布式系统和网络控制。
HMI是工业控制的图形用户界面。它为控制工业机械提供了命令输入和反馈输出接口。HMI通过常见的通信链路连接到工业系统的其他部分。
工业驱动器是用于控制最佳电机操作的电机控制器。它们用于非常多样化的工业应用,并具有广泛的电压和功率等级。工业驱动器包括但不限于交流和直流驱动器以及使用电机反馈系统来控制和调整伺服机构的行为和性能的伺服驱动器。
传感器为工业自动化系统提供直接测量,监控工业操作条件、检查、位置测量等,实时进行。它们是工业自动化系统的一个组成部分,为系统控制提供触发点和反馈。
这几大部分通过工业通信技术将他们连接,最终形成完整的工业自动化的系统,为不同的行业提供不同组合的解决方案。
以太网的发展历史背景
然而,工业通信技术,像所有技术一样,经历了重大变化。第一代工业通信网络建立在各种基于串行的接口上,这些接口最初由不同的公司创建,后来成为了事实上的标准。结果是市场上出现了许多不同的标准。大公司是这些事实上标准的背后推手,将它们推向市场。工业自动化设备公司随后被迫实施了许多这些协议。包括PROFIBUS、CAN总线、Modbus、CC-Link和标准的RS-422/RS-485在内的许多基于串行的协议,由于工业系统的长生命周期,至今仍很受欢迎。
这些接口,其中许多至今仍在使用,速度慢,并且受到网络段上地址数量(或支持的从站节点数量)的限制。通信速率最高可达每秒12兆比特(Mbps),网络通常最多支持几百个末端节点地址。这些网络有效地利用了当时的技术,并经受住了时间的考验。尽管支持的从站节点数量仍被认为足够,但当与慢速总线速度结合时,主从之间交换数据的时间就会增加。随着末端节点变得更加复杂,集成了更多的传感器,增加了智能,空间分离更大,最终数据更多,因此,工业通信设备一直在向更快的、基于确定性以太网技术的通信协议过渡,但还没有特定的通信协议在行业中占据主导地位。在当今市场中,从站通信得到了多种通信协议的支持,每种协议都提供了自己的功能集和优势。
现在,几种更受欢迎的实时工业以太网协议将支持100兆比特每秒(Mbps)和每秒千兆比特(Gbps)范围内的网络速度。当今最突出的实时以太网协议包括EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET、POWERLINK、Sercos III、Modbus TCP和CC-Link IE。以太网还支持灵活的网络拓扑,随着网络节点数量的增加而扩展。下图列举了这几种不同协议的组织机构和官网(同时也回答我们标题的问题):
四种主要工业以太网协议
1)EtherCAT
Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT) 以太网控制自动化技术是一种为工业自动化、运动控制、实时控制系统和数据采集系统提供动力和灵活性的协议。详细的参考:
2)Modbus TCP
Modbus TCP是一种广泛使用的工业以太网协议,遵循客户端-服务器架构。与EtherNet/IP不同,Modbus TCP是一个更简单的协议,主要专注于数据交换。详细的内容请参考:
3)Profinet
PROFINET是一种实时工业以太网协议,提供高速通信并支持广泛的设备。虽然EtherNet/IP和PROFINET都基于以太网技术,但PROFINET在欧洲更常用,而EtherNet/IP在北美被广泛采用。此外,PROFINET具有专为运动控制应用设计的特定功能,使其更适合机器人和高性能系统。详细的内容请参考:
4)EtherNet/IP
EtherNet/IP是一种工业以太网协议,最初由罗克韦尔(Rockwell)开发。与EtherCAT不同,EtherCAT是一个基于MAC层的协议,而EtherNet/IP是基于TCP/IP的应用层协议。EtherNet/IP使用标准的以太网物理层、数据链路层、网络层和传输层,同时在TCP/IP之上使用通用工业协议(CIP)。
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