Modbus TCP和PROFINET用于互操作和互连网络

在本系列的第一部分中，我们研究了以太网在工业自动化和控制领域相对于现场总线的众多优势。以太网解决方案提供卓越的带宽和更低的设备成本，并能够作为连接工厂车间和企业IT的单一网络扩展到整个工厂。考虑到第三个特征，我们还在第二部分中开始深入研究融合全厂以太网（CPwE），这是共同开发的参考架构。 由罗克韦尔自动化和思科合作，鼓励通过结合使用标准以太网和 IP 套件来实现 IAC 系统的现代化。

CPwE 概述和总结

CPwE 的核心是帮助制造商克服不同传统串行网络的复杂性，实现服务集成、直接维护和高可用性，为工业物联网等用例做好准备。通过将 IT 和控制工程师以及他们监督的相应系统整合到同一个帐篷下，CPwE 理想地优化了工业运营，以充分利用原材料并确保按时生产 和服务交付。

EtherNet/IP 一直是 CPwE 的主要载体，因为它是思科以太网到工厂框架（包括安全和网络架构）与罗克韦尔自动化的集成架构及其 Logix Control 和 FactoryTalk 平台之间的链接。CPwE 实施中的工业以太网交换机通过其本机 EtherNet/IP 支持实现通用的工业协议集成。

EtherNet/IP 使用标准的、未经修改的以太网技术来实现这种全面的端到端网络集成，这是通过专用现场总线无法实现的。思科-罗克韦尔合作伙伴关系还通过支持基于 IEEE 802.11 Wi-Fi 的 WLAN，简化了整体 CPwE 实施。这些 WLAN 具有精细的服务质量和流量优先级功能，有助于克服经常困扰工业无线网络的干扰和覆盖障碍。

基于标准的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET设计允许通过CPwE进行交互。

这一次，我们将超越EtherNet/IP，关注其他在某种程度上支持标准网络的工业以太网协议。毕竟，CPwE 价值主张的一部分是能够促进主要在第 2 层 LAN 模型中通信的 IAC 网络之间的互连和互操作性。基于标准的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET设计都允许通过CPwE进行这种级别的交互。以太网、IP 和 TCP/UDP 可分别在第 2、3 和 4 层用于运行标准协议的网络设备之间的通信。

Modbus TCP和PROFINET用于互操作和互连网络

让我们看一下两种基于以太网的解决方案——Modbus TCP和几个版本的PROFINET——它们可以与EtherNet/IP和其他协议（例如HTTP、FTP、Telnet等）进行交互，而无需实现非标准网络接口卡和/或交换基础设施。这两种标准都很受欢迎，截至2015年1月，PROFINET占所有工业网络的8%，Modbus TCP占据同一市场的3%。

Modbus TCP

Modbus TCP是广泛使用的供应商中立Modbus协议的变体，该协议最初由施耐德电气于1979年推出。在Modbus使用串行连接的地方，Modbus TCP使用以太网作为其物理网络，并支持TCP / IP堆栈通过IP网络进行数据交换。Modbus TCP于1999年标准化，现在可以在任何带有TCP / IP套接字的设备上实现。

Modbus TCP的开放，标准化设计使其成为可互操作环境的绝佳选择。它可以使用常规的PC以太网卡运行，而且由于专门分配了以太网端口502，因此它是面向未来的。现在由Modbus组织管理（自2004年以来），在施耐德最初开发之后，Modbus是一个开放项目，拥有广泛的供应商社区，致力于越来越具有成本效益的解决方案。

使用TCP / IP而不是UDP可以在Modbus TCP中实现大量并发连接，以及对数据事务的低维护控制。通过这种方式，Modbus TCP与其Modbus家族前辈的无状态事务不同，并模仿了万维网的极简主义。

“[在Modbus TCP中使用TCP / IP]的主要原因是通过将其包含在可以识别，监督和取消的连接中来保持对单个'事务'的控制，而无需客户端和服务器应用程序的特定操作，”Modbus TCP的实时自动化指南解释说。4.“这使该机制对网络性能变化具有广泛的容忍度，并允许轻松添加防火墙和代理等安全功能。

普罗菲特

在这里的其他几个条目中涵盖了PROFINET，5我们不会深入研究该协议的所有功能。然而，值得注意的是，它的设计 - 支持标准TCP / IP，以及绕过TCP / IP的特殊堆栈，用于在PROFINET I / O和IRT中传输实时数据 - 特别适合平衡办公室以太网的便利性与工业网络的需求。

与Modbus TCP一样，PROFINET主要用于工业自动化过程控制。它支持简化布线（例如，通过西门子的 FastConnect 系统）、WLAN 上的确定性性能以及与星形、树形和环形拓扑的兼容性（除了现场总线的线性布局）使其成为简化布局和提高现代 IAC 系统性能的热门选择。6此外，能够轻松地从最受欢迎的现场总线 PROFIBUS 过渡 和当前使用的工业网络 — 使 PROFINET 集成成为许多制造商的轻松决策。

PROFINET，Modbus TCP和EtherNet/IP都是以太网等无处不在的技术如何用作精确，可扩展和工业自动化的基础的很好的例子。以太网在工厂中的优势始终在于其熟悉性和灵活性 - 它可以统一工业和办公网络，同时在带宽和对TCP / IP的直接支持等关键领域超越现场总线。CPwE 等架构和项目（如时间敏感）的持续开发 网络（TSN）只会在未来几年扩大以太网在自动化行业的影响力，并为现在和未来的更高效的工厂做出贡献。

审核编辑：郭婷