1 引言
工業以太網( EtherNet/ IP) 技術的發展已日益成為人們關注的焦點。近年來，由于以太網技術不斷普及，單個網絡節點成本顯著下跌。考慮到這些因素，對于多數控制系統EtherNet/ IP 網絡將是非常明智的選擇。EtherNet/ IP 工業以太網支持“所見即所得”的控制編程，與傳統現場總線方案相比能夠顯著縮短設計、安裝和調試的時間及經費 。EtherNet/ IP 是一種開放的工業網絡標準，充分利用現有商用以太網技術、芯片以及物理介質。自二十世紀七十年代中期問世以來，以太網已經成為世界公認的標準。以太網之所以能夠廣泛普及，正是由于它在全球范圍內擁有眾多的設備供應商。因此，選擇以太網不僅符合當今技術發展趨勢，而且還能從Internet 上獲取現場設備的數據。
2 成熟網絡架構技術
2. 1 NetLinx 體系架構特點
讓自動化設備穩定高效地工作，將所有設備用網絡連起來，達到讓最簡單的設備都能連接到其中是工業界追求的目標。傳統方法是在車間對完成不同任務的設備安裝成多個網絡，但解決不了更大范圍內推廣且采用不同的協議不同的網絡類型。羅克韋爾的NetLinx 體系架構能讓這些設備使用同一種“語言”進行溝通。這將對生產能力進一步提高、減少設備投資、生產線改型有所幫助。
2. 2 從車間現場到Internet 連接方式
作為羅克韋爾自動化開放網絡技術的NetLinx 能夠實現從車間現場到企業管理系統的無縫連接與集成。在NetLinx 網絡架構中，所有設備都能用一種語言進行溝通并共享通用的網絡服務。NetLinx 能夠使信息在車間現場與企業管理系統之間無縫傳輸，可以與Internet 進行連接， 拓展電子商務應用范圍。
NetLinx網絡架構是專門針對工業應用設計的。它能夠在統一的網絡環境中實現對設備的控制、配置和數據采集，簡化車間現場的網絡通訊。對實時性有苛刻要求的數據(例如I/ O 控制) 和常規信息報文，應用NetLinx 都能使信息在網絡中順暢的傳輸。
NetLinx 網絡架構如圖1 所示， 網絡架構中的DeviceNet (設備網)，ControlNet (控制網) 和EtherNet/IP 網絡均使用相同應用層協議，網絡中所有設備可以相互進行通訊，無需對數據進行轉換或編制特殊程序，就能夠實現跨網絡的數據共享。基于NetLinx 架構的網絡通訊介質和協議使得系統結構更簡單、性能更高，能夠對任何地點，任何網絡的設備進行控制、配置和數據采集。
圖1 NetLinx 體系結構
2. 3 CIP 與EtherNet/ IP 工業以太網
Netlinx 網體系結構能夠實現工廠大系統控制要求，但以太網作為控制網絡是工業網絡發展必然趨勢，正從不同途徑進入工業控制領域， 其應用形式是EtherNet + TCP/ IP ， TCP/ IP 協議是Internet 的傳輸層和網絡層協議，是以太網中最為通用的協議。
在工業自動化領域，雖然某些自動化廠商設備能夠工作在以太網上，也采用了TCP/ IP 協議，但它們卻有不同的應用層協議。這樣在車間現場中，不同自動化廠商的設備即便可以與局域網相連，在物理上能夠實現共存，卻不能進行設備之間的互操作。比如，A 廠商的PLC 不能通過TCP/ IP 連接，方便地共享B 廠商PLC 中的數據;或者A 廠商工作站內的軟件不能對B廠商的設備編程或者配置。由于缺乏互操作性，即便在同一個以太網中，用戶也很難將不同廠商的以太網設備集成在一起，構成一個系統。
應運而生的EtherNet/ IP ，它支持隱式報文(實時I/ O 控制數據) 和顯式報文(信息交換)。EtherNet/ IP使用已成為通用標準的網絡傳輸控制協議―― TCP/IP 協議， 而且采用通用的應用層協議――CIP 協議。通過CIP 協議進行實時I/ O 控制及點對點的信息交換。EtherNet/ IP 網絡，實際上就是支持TCP/ IP和CIP 協議的網絡。同基于CIP 協議的DeviceNet 和ControlNet 網絡一樣， EtherNet/ IP 網絡也采用生產者/ 消費者( Producer/ Consumer) 網絡通訊模式。如圖2 通信協議結構， Ethernet/ IP 協議能夠與任何現有的協議共存且運行在TCP/ UDP 傳輸層之上。
圖2 CIP 協議與其它應用層協議共存
借助EtherNet/ IP ， 從工廠實時工業控制到Intramet ，甚至Internet 的連接，都是基于標準TCP/ IP以太網來實現如下功能:設備程序維護、MIS 或MES系統與現場設備交換數據、網頁服務、控制設備監管、操作員終端與現場設備通訊、事件記錄或報警等。CIP 通用工業協議是NetLinx 開放網絡架構的核心組成部分，它提供如下功能:
1) 通用的控制功能――標準的信息服務功能，貫穿于NetLinx 架構的三層網絡。
2) 通用的通訊功能――能夠連接到其它網絡，進行設備配置和數據采集。
3) 通用的信息路由――數據在網絡間傳輸，不需規劃路由表或編程，節省系統配置時間和精力。
3 理想化控制系統預測
在新經濟競爭日益激烈的今天，生產企業必須不斷優化生產過程，提高產出的同時最大限度地利用生產資源。同時企業必須保證整個生產系統非預期的停機時間最少，減少因此帶來的損失。產品的生命周期越來越短，人們對產品的個性化程度要求日益提高，都要求生產系統能夠在最短的時間內完成組態，縮短產品投放市場的時間。日益嚴格的行業法規等也都越來越要求生產系統能夠以最有效的方式滿足這些法規要求，同時向管理者提供生產方面最大的透明性。解決這些問題的一個重要方案就是不斷提高生產系統的信息化水平，而提高生產系統的信息化水平就要借助快速發展的工業以太網。
圖3 基于EtherNet/ IP 工業以太網的監測系統結構圖
基于EtherNet/ IP 工業以太網的監測系統體系結構如圖3 所示。該系統分為三層:現場智能節點控制級、上位機監控及管理級和遠程監控級。
現場執行設備采用控制器進行控制， 用戶通過EtherNet/ IP 遠程掃描現場I/ O ，將信息發送給網絡上的任何控制器。連接設備包含一個簡單的Web 接口，允許用戶遠程獲取現場設備的診斷信息，組態以太網參數如IP 地址。在RSLinx 中進行控制器組態使上位機與現場設備進行網絡連接。通過EtherNet 獲取現場實時數據、對現場實時監控和網絡通訊。
通過該結構我們可以將簡單的現場設備到公司內部網Interanet 全部聯網到工業以太網上，實現對生產過程更為有效的控制;由單一網絡從頂層到車間一網貫通，減少人員培訓、安裝、庫存方面的費用;利用冗余技術來減少整個生產系統的非預期停機。
4 EtherNet/ IP 特點與優勢
比較目前市場上已發布的工業以太網總線技術，EtherNet/ IP 有自己的特點和優勢:
(1)EtherNet/ IP 使用標準TCP/ IP 以太網EtherNet/ IP 工業用戶能直接受益于標準TCP/ IP 以太網持續創新、功能增強和成本降低等帶來的好處。
(2)EtherNet/ IP 使用標準TCP/ IP 以太網EtherNet/ IP 支持在標準TCP/ IP 以太網上為提供IT服務所開發的任何應用層協議， 如HTTP、SNMP、SMTP 等。比如，運行人員打開網頁瀏覽器軟件，象訪問某網站一樣， 可方便瀏覽、組態、診斷并監視EtherNet/ IP 設備。
(3)EtherNet/ IP 與“通用工業協議( CIP) ”的結合，可以覆蓋各種工業應用要求。當未來新型的通訊手段出現時，人們可以方便地將其移植到更高性能的網絡上實施，并提供全部的網絡功能，保證與原有現場總線或者以太網技術的透明性和一致性。
(4)“通用工業協議(CIP)”已經擴展達到SIL3 認證的、使用一整套在應用層上附加的通訊管理機制和服務來實現功能安全的CIP Safety。有多個公司已經在2005 年初發布了符合SIL3 認證的DeviceNetSafety I/ O 模塊及控制器。
(5)EtherNet/ IP 從EMC、安裝防護等級各方面作出規定，保證EtherNet/ IP 產品的嚴格工業環境適應性。EtherNet/ IP 使用標準TCP/ IP 以太網技術，保證用戶在工業環境場合可使用工業等級的標準以太網交換機;在非工業環境場合，用戶可利用已有的普通標準以太網交換機產品擴展EtherNet/ IP 網絡。
5 結論
EtherNet/ IP 網絡不僅在技術上已經得到普及，在許多領域都有應用。目前，許多EtherNet/ IP 網絡產品都內置有Web 服務器，為用戶提供相關設備診斷信息。在今后發展中，將不斷擴展這些功能，包括提供數據表訪問、用戶自定義Web 頁面、電話呼叫和電子郵件信息發送等功能。隨著控制系統越來越開放，控制系統將會面臨來自內部員工或者外部攻擊者的侵擾。這就需要采取一系列措施，對長期以來的安全策略加以改進，保護用戶生產線以及與之相集成的商務系統EtherNET/ IP 網絡具有非常強大的功能，工業領域應用非常復雜，要求也非常多，這就需要一項能夠覆蓋大多數工業方面要求的技術。EtherNET/ IP 是一個完全開放的技術，這種開放將使這項技術更快地在世界范圍內得以推廣。
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