主流的工业以太网简介及比较(EPA , EtherCAT , Ethernet Powerlink , PROFINET, Ethernet/IP, SERCOS III)

本文介绍了主流的工业以太网技术,重点分析了EtherCAT的特点,包括其高效率、刷新周期短的优势。通过硬件处理数据,EtherCAT实现了极小的时间延迟和高度实时性,数据刷新周期可小于100us,有效数据率超过90%。官方测试显示,即使是大量I/O更新,也能在极短时间内完成。

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在实时工业以太网中有几个主要的竞争者:EPA ,  EtherCAT ,  Ethernet Powerlink , PROFINET, Ethernet/IP,  SERCOS III。下面对它们进行简单比较。  
 1  Ethernet/IP
   Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODVA( Open DevicenetVendors   Association共同开发的工业以太网标准。Ethernet/IP实现实时xìng的方法是在TCP/IP层之 上增加了用于实时数据jiāo换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。
   Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术,在网络层和传输层使用IP 协议和TCP, UDP协议来传输数据。UDP是一种非面向连接的协议,它能够工作在单播 和多播的方式,只提供设备间发送数据报的能力。对于实时性很高的I/O数据、运动控制 数据和功能行安全数据,使用UDP/IP协议来发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协 议。对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来 发送。  
   Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络中发送有唯一标识符的数 据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。这样数据源只需一次性地把 数据传到网上,其它节点有选择地接收数据,这样提高了通信的效率。
   Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。CIP是一个 提供工业设备端到端的面向对象的协议,且独立于物理层及数据链路层,这使得不同供应 商提供的设备能够很好的交互。另外,为了获得更好的时钟同步性能,2003年ODVA将  
IEEE 15888引入Ethernet/IP,并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。
 2  EPA
   EPA是在“863”计划的支持下,由浙江大学、清华大学、浙江中控技术公司、大连理工</
### 工业以太网的技术规范、协议与标准 #### 技术规范 工业以太网是一种专为工业环境设计的以太网技术,其在材质选用、产品强度、适用性等方面进行了优化,能够适应恶劣的工作条件[^1]。为了满足工业现场的需求,工业以太网不仅保持了与商用以太网(IEEE 802.3标准)的兼容性,还在实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全性方面提出了更高的要求。 #### 协议特点 尽管传统的以太网技术强调开放性和灵活性,但在工业场景下,这种特性可能无法完全满足高实时性和可控性的需求。因此,许多工业以太网协议引入了集中式的控制机制来提升效率和稳定性。例如,EtherCAT作为一种典型的工业以太网协议,通过采用类似于无线基站通信中的中央调度方式,实现了高效的实时数据传输[^2]。 #### 标准体系 对于具体的实现和技术细节,可以参考《工业以太网现场总线EtherCAT国家标准文档集》[^3]。该文档集合涵盖了 EtherCAT 的相关国家标准,提供了详细的指导和支持材料。此外,工业以太网因其价格低廉、稳定可靠、通信速率高等优势而被广泛应用,并成为当前最受欢迎的工业通信网络之一[^4]。 ```python # 示例代码展示如何配置基本的工业以太网连接参数 (伪代码) def configure_industrial_ethernet(device_id, ip_address, subnet_mask): """ 配置工业设备的以太网设置 参数: device_id: 设备唯一标识符 ip_address: IP 地址字符串形式 subnet_mask: 子网掩码字符串形式 返回: 成功与否的状态标志 """ try: set_device_ip(device_id, ip_address) # 设置IP地址 apply_subnet_mask(device_id, subnet_mask) # 应用子网掩码 verify_connection() # 验证连通性 return True except Exception as e: log_error(e) return False ```
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