开发研究与设计技术
EtherNet/IP在工业控制领域的应用研究
高丽１，林里２，孔若英
３
（１．湖北荆州银河集团，湖北荆州４３４０２３；２．湖北沙市石油钢管厂，湖北沙市４３４０２３；３．长江大学计算机科学与技术学院湖北荆州
４３４０２３）
由于它采摘要：工业以太网已经成为控制系统网络发展的主要方向。文中所介绍的ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ协议是一种优良的工业以太网方案。用了ＣＩＰ协议及新的生产者／消费者的通信模式，使得控制网络设备能够更有效地传输数据，更容易与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ集成。同时，它是一种面向对象和开放性的控制网络方案，采用这种方案的控制网络具有较好的一致性，能够解决控制网络中互操作的难题。
关键词：通用工业协议；ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ；服务质量中图分类号：ＴＰ３９９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９－３０４４（２００７）０２－１０４２３－０１
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰＡｐｐｌｉｅｄｉｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｔｒｏｌＦｉｅｌｄ
ＧＡＯＬｉ１，ＬＩＮＬｉ２，ＫＯＮＧＲｕｏ－ｙｉｎｇ３
（１．ＹｉｎｈｅＧｒｏｕｐｉｎＪｉｎｇｚｈｏｕＨｕｂｅｉ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＳｔｅｅｌｔｕｂｅＦａｃｔｏｒｙｉｎＳｈａｓｈｉＨｕｂｅｉ，Ｓｈａｓｈｉ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；３．
ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｌｌｅｇｅｏｆＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｔｈｅｒＮｅｔｈａｓｂｅｅｎｔｈｅｍａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｎｅｔｗｏｒｋ．ＴｈｅＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓａｇｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｔｈｅｒＮｅｔｓｃｈｅｍｅ．ＢｅｃａｕｓｅｉｔａｄｏｐｔｓＣＩＰａｎｄｔｈｅｎｅｗＰｒｏｄｕｃｅｒ／Ｃｏｎｓｕｍｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰｃａｎｍａｋｅｎｅｔｗｏｒｋｄｅｖｉｃｅｓｔｒａｎｓｍｉｔｄａｔａｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ａｎｄｃａｎｂｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏＩｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔｍｏｒｅｅａｓｉｌｙ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．Ｉｔｉｓａｎｏｂｊｅｃｔｏｒｉｅｎｔｅｄａｎｄｏｐｅｎｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔｗｏｒｋｓｃｈｅｍｅ．ＮｅｔｗｏｒｋｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅＣａｎｂｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｃａｎｓｏｌｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｃｏｍｐａｔｉ－ｂｉｌｉｔｉｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＩＰ（ＣｏｎｔｒａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）；ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ；ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ
１引言
工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的连接越来越高速化、紧密化。更多的是系统细分成了独立的控制孤岛。对驱动器和用户接口的需求越来越多。从传感器到主控制器，数据的传输必须经过不同的ＣＰＵ和驱动软件，其结果是传输速度低，缺乏透明度，软件和维护费用高。在所有的网络技术中，以太网技术是至今最理想的选择，ＴＣＰ／ＩＰ以太网已经成为事实上的标准网络，将标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网延伸到工业实时控制，将很好地帮助用户获得更加开放集成的工业自动化和信息化的整体解决方案。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ就是为实现这一目的的标准工业以太网技术，它是标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网和通用工业协议（ＣＩＰ）的结合。
协议，它提供了设备间交换数据的一套服务。但是，ＴＣＰ／ＩＰ并不能保证设备间有效的通信，只能提供信息的传送。因此，在工业设备间的通信必须采用通用的应用层协议。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ实际上是一种以太网ＴＣＰ／ＩＰ的工业扩展，因为它采用了在普通应用层上的
ＴＣＰ／ＩＰ封装，使工业设备节点在以太网信息里将数据封装起来，
然后该节点将带有ＴＣＰ／ＩＰ的信息发送到以太网的数据链路层。
这个标准的应用层使工业自动化和控制设备的互操作性和互换性成为可能。实际上，在控制系统中存在着两种信息：实时Ｉ／Ｏ数参数设置、诊断等的显式信息（Ｅｘ－据（Ｉ／Ｏｍｅｓｓａｇｅ）和用于组态、
２ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ及其特征
２．１ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ简介
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（ＥｔｈｅｒＮｅｔＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｏｔｏｃｏ１）是适合工业环境应用的协议体系。它是由两大工业组织ＯＤＶＡ（ＯｐｅｎＤｅｖｉｃｅＮｅｔＶｅｎｄｏｒｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）和ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ所推出的最新的成员。和ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ以及ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ一样，它们都是基于ＣＩＰ（ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＩｎ－ｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏ１）协议的网络。它是一种是面向对象的协议，能够保证网络上隐式的实时Ｉ／０信息和显式信息（包括用于组态、参数设置、诊断等）的有效传输。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ采用和ＤｅｖｉｅＮｅｔ以及Ｃｏｎ－ｔｒｏｌＮｅｔ相同的应用层协议ＣＩＰ（ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏ１），因
此，它们使用相同的对象库和一致的行业规范，具有较好的一致性。
ｐｌｉｃｉｔＭｅｓｓａｇｅ）。前者不包含任何协议信息，只含有要求快速传送的Ｉ／Ｏ实时数据。它的特点是要求采用短帧结构、协议额外开销少、执行实时传送，因此要采用ＵＤＰ／ＩＰ（ＵｓｅｒＤａｔａｇｒａｍＰｒｏｔｏｃｏｌ／ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏ１）协议。而后者的数据包含了协议信息和执行服务
的指令，节点要翻译该信息的内容、执行规定的任务并产生应答信号，因此采用ＴＣＰ／ＩＰ协议。
以ＵＤＰ／ＩＰ和ＴＣＰ／ＩＰ分别封装Ｉ／Ｏ信息和显式信息，可以保证提供不同网络性能要求的数据通信服务，还使工业自动化和控制设备具有互操作性和互换性，因此ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ是一种理想的自动化的以太网标准。
３ＥｔｈｅｒＮｅｒ／ＩＰ在工业中的应用
开放标准的ＣＩＰ工业网络包括ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ以及高性价比、易于ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ，可以为工业自动化提供一个整体的、升级的解决方案。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ标准工业以太网覆盖常规离散及过程实时控制，还有同步、伺服以及ＳＩＬ３安全系统应用。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ有两个独特的地方，一个是标准，一个是对未来的承诺。
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用的是标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网，这意味着在开发ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ产品的过程中，所有的自动控制产品供应商都是完全
（下转第４５５页）
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ采用标准的ＥｔｈｅｒＮｅｔ和ＴＣＰ／ＩＰ技术来传送ＣＩＰ通信包，这样，通用且开放的应用层协议ＣＩＰ加上已经被广泛使用的ＥｔｈｅｒＮｅｔ和ＴＣＰ／ＩＰ协议，就构成ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ协议的体系结构。
２．２ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ的特征
为人所熟知的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ采用了ＴＣＰ／ＩＰ作为网络层和传输层
收稿日期：２００６－１０－３１
作者简介：高丽（１９６８－），女，湖北荆州市人，荆州银河集团职员，自动化控制与智能仪器仪表；林里（１９７０－），女，湖北沙市人，电气工程师，研究方向为电气自动化；孔若英（１９８３－），云南宣威人，硕士研究生，研究方向为计算机检测与控制。
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本栏目责任编辑：谢媛媛
入①并如此循环。
设备在接收到ＰＩＯｄａｔａ－ｏｕｔ指令后，①首先将状态寄存器中的ＢＳＹ位置准备接收第一个数据块。‘１＇，ＤＲＱ位置‘０’②将状态寄存器中的ＢＳＹ位置‘０＇，ＤＲＱ位置｀１＇（表示己做好接收数据准备，可以传输），并根据设备控制寄存器中ｎ１ＥＮ位的值决定是否以中断的方式通知主机检查自己的状态，如果ｎ１ＥＮ位为就发‘０’出中断信号，置１ＮＴＲＱ信号有效，否则直接接收数据。③开始数据传输，读取数据寄存器中的数据。直至当前数据块内容接收完毕。如果所有数据都己经接收完，则进入空闲状态，否则进入①并如此循环。
开发研究与设计技术
参考文献：
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现更高性能和更大范围的分布式伺服控制。同样，由于ＣＩＰ内的技术，客户依然可以象使用一种网络一样，从ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ“路由”
一点接入，自动浏览、监视、组态并维护所有网络中的任意设备，包括ＳＥＲＣＯＳ网络上的伺服驱动器。
已经扩展了达到ＳＩＬ３认证的、使用（４）“通用工业协议（ＣＩＰ）”一整套在应用层上附加的通讯管理机制和服务来实现功能安全的ＣＩＰＳａｆｅｔｙ。有多个公司已经在２００５年初发布了符合ＳＩＬ３认证的ＤｅｖｉｃｅＮｅｔＳａｆｅｔｙＩ／Ｏ模块及控制器。由于ＣＩＰＳａｆｅｔｙ与网络硬线无关，这意味着，在ＳＩＬ３ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰＳａｆｅｔｙ产品发布之前，用户依然可以使用标准ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ作为高速通讯链路、实现由多个
４小结
本系统提出了利用ＶＨＤＬ控制ＩＤＥ硬盘的方法，能够比较简洁方便对硬盘进行读写等操作，并成功的应用实际产品中，具有良好的可靠性和稳定性，可以应用到许多要求大容量数据存储的系统中，并可取得了良好的社会效益。
（上接第４２３页）
平等的、可以自主、自由地选择ＴＣＰ／ＩＰ以太网芯片及开发平台，开发符合各种工业应用要求的ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ产品，而不再受限于特定的某家公司的芯片及开发平台。同时，作为国际标准的工业以太网技术，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ已经成为ＩＥＣ６１１５８和ＩＥＣ６１７８４的组成部分。
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ对于未来的承诺，就是ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ将以更低的系
更全面的功能实现工业自动化和ＩＴ集成：统总体拥有成本（ＴＣＯ）、
（１）ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ工业用户能直接受益干标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网持续创新、功能增强和成本降
低等带来的好处。
（２）ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ支持在标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网上为提供ＩＴ服务所开发的任何应用层协议，如ＨＴＴＰ、ＳＮＭＰ、ＳＭＴＰ等等，实现工业自动化和企业信息系统的直接集成。比如，运行人员打开网页浏览器软件，象访问某个网站一样，也可方便地浏览、组态、诊断并监视ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ设备。
的结合，可以覆盖各“通用工业协议（ＣＩＰ）”（３）ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ与
种工业应用要求。现已经将ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ从常规离散及过程实时分布式伺服应用，并将进控制扩展到高精度时间同步（＋－ｌＯＯｎｓ）、
一步扩展到ＳＩＬ３安全系统应用和本安应用等等。
在高精度时间同步（＋－ｌＯＯｎｓ）和分布式伺服应用中，借助
ＳＩＬ３ＤｅｖｉｃｅＮｅｔＳａｆｅｔｙ网络组成的更大范围的端对端的ＳＩＬ３安全
系统。同样，由于ＣＩＰＳａｆｅｔｙ与网络硬线无关，也保证了用户可以在单一网络上如ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ或者ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ上同时实现标准工业控制系统和ＳＩＬ３安全系统。
（５）ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ还从ＥＭＣ、安装防护等级各方面作出规定，保证ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ产品的严格工业环境适应性。
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ使用标准ＴＣＰ／ＩＰ以太网技术，保证了用户在工
业环境场合可以使用工业等级的标准以太网交换机；在非工业环境场合，用户还可利用已有的普通标准以太网交换机产品来扩展
ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ网络，这有助干实现更多的灵活性和更高的性价比的
自动控制控制系统。
ＩＥＥＥ１５８８工作原理，实现了ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ上各个设备之间的时钟同步精度达到＋／－ｌＯＯｎｓ；并且，使用标准以太网最新发展的ＱｏＳ（服务质量）技术保证了时间苛刻的信息报文的优先传送，并在要
求的响应时间内到达。
在电力ＳＣＡＤＡ和很多重要生产场合中，都需要实现“事故顺序记录（ＳＯＥ）”，其典型分辩率要求为ｌｍｓ。有了高精度时间同步能力，直接的好处就是让很多产品供应商都可以方便地开发用于的ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ智能设备和解决方案。“事故顺序记录（ＳＯＥ）”
在高速印刷机，纸品加工机等应用中，对于包括电子轴功能在内的分布式伺服应用提出了越来越高的要求，典型循环周期为
４结论
随着控制系统越来越开放，控制系统将会面临来自内部员工或者外部攻击者的侵扰。这就需要采取一系列的措施，对长期以来的安全策略加以改进，保护用户的生产线以及与之相集成的商务系统。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ网络具有非常强大的功能，工业领域应用非常复杂，要求也非常多，一项技术如果能够覆盖大多数工业方面的要求，这项技术就非常好。ＥｔｈｅｒＮＥＴ／ＩＰ是一个完全开放的技术，作为一种优良的工业以太网方案，具有巨大的发展潜力，其应用领域必将不断的得到扩展。
参考文献：
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１ｍｓ，甚至２５０ｕｓ，典型触发抖动＜１ｕｓ，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ对于此类应用有
着特别重要的意义，并且能够实现伺服控制器对伺服控制器之间，伺服控制器对伺服驱动器，还有伺服驱动器对伺服驱动器的协同。考虑到专门为伺服控制器对伺服驱动器高速实时联网而设计的ＩＥＣ６１４９１ＳＥＲＣＯＳ光纤环网已经得到广泛应用，ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ还能用于多个ＳＥＲＣＯＳ伺服控制器的高速协同网络，从而在保护现有投资及ＳＥＲＣＯＳ伺服控制器对伺服驱动器应用的情况下，实
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