在本系列的第一部分中，我們研究了以太網在工業自動化和控制領域相對于現場總線的眾多優勢。以太網解決方案提供卓越的帶寬和更低的設備成本，并能夠作為連接工廠車間和企業IT的單一網絡擴展到整個工廠。考慮到第三個特征，我們還在第二部分中開始深入研究融合全廠以太網（CPwE），這是共同開發的參考架構。 由羅克韋爾自動化和思科合作，鼓勵通過結合使用標準以太網和 IP 套件來實現 IAC 系統的現代化。

CPwE 概述和總結

CPwE 的核心是幫助制造商克服不同傳統串行網絡的復雜性，實現服務集成、直接維護和高可用性，為工業物聯網等用例做好準備。通過將 IT 和控制工程師以及他們監督的相應系統整合到同一個帳篷下，CPwE 理想地優化了工業運營，以充分利用原材料并確保按時生產 和服務交付。

EtherNet/IP 一直是 CPwE 的主要載體，因為它是思科以太網到工廠框架（包括安全和網絡架構）與羅克韋爾自動化的集成架構及其 Logix Control 和 FactoryTalk 平臺之間的鏈接。CPwE 實施中的工業以太網交換機通過其本機 EtherNet/IP 支持實現通用的工業協議集成。

EtherNet/IP 使用標準的、未經修改的以太網技術來實現這種全面的端到端網絡集成，這是通過專用現場總線無法實現的。思科-羅克韋爾合作伙伴關系還通過支持基于 IEEE 802.11 Wi-Fi 的 WLAN，簡化了整體 CPwE 實施。這些 WLAN 具有精細的服務質量和流量優先級功能，有助于克服經常困擾工業無線網絡的干擾和覆蓋障礙。

基于標準的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET設計允許通過CPwE進行交互。

這一次，我們將超越EtherNet/IP，關注其他在某種程度上支持標準網絡的工業以太網協議。畢竟，CPwE 價值主張的一部分是能夠促進主要在第 2 層 LAN 模型中通信的 IAC 網絡之間的互連和互操作性。基于標準的EtherNet/IP、Modbus TCP和某些形式的PROFINET設計都允許通過CPwE進行這種級別的交互。以太網、IP 和 TCP/UDP 可分別在第 2、3 和 4 層用于運行標準協議的網絡設備之間的通信。

Modbus TCP和PROFINET用于互操作和互連網絡

讓我們看一下兩種基于以太網的解決方案——Modbus TCP和幾個版本的PROFINET——它們可以與EtherNet/IP和其他協議（例如HTTP、FTP、Telnet等）進行交互，而無需實現非標準網絡接口卡和/或交換基礎設施。這兩種標準都很受歡迎，截至2015年1月，PROFINET占所有工業網絡的8%，Modbus TCP占據同一市場的3%。

Modbus TCP

Modbus TCP是廣泛使用的供應商中立Modbus協議的變體，該協議最初由施耐德電氣于1979年推出。在Modbus使用串行連接的地方，Modbus TCP使用以太網作為其物理網絡，并支持TCP / IP堆棧通過IP網絡進行數據交換。Modbus TCP于1999年標準化，現在可以在任何帶有TCP / IP套接字的設備上實現。

Modbus TCP的開放，標準化設計使其成為可互操作環境的絕佳選擇。它可以使用常規的PC以太網卡運行，而且由于專門分配了以太網端口502，因此它是面向未來的。現在由Modbus組織管理（自2004年以來），在施耐德最初開發之后，Modbus是一個開放項目，擁有廣泛的供應商社區，致力于越來越具有成本效益的解決方案。

使用TCP / IP而不是UDP可以在Modbus TCP中實現大量并發連接，以及對數據事務的低維護控制。通過這種方式，Modbus TCP與其Modbus家族前輩的無狀態事務不同，并模仿了萬維網的極簡主義。

“[在Modbus TCP中使用TCP / IP]的主要原因是通過將其包含在可以識別，監督和取消的連接中來保持對單個'事務'的控制，而無需客戶端和服務器應用程序的特定操作，”Modbus TCP的實時自動化指南解釋說。4.“這使該機制對網絡性能變化具有廣泛的容忍度，并允許輕松添加防火墻和代理等安全功能。

普羅菲特

在這里的其他幾個條目中涵蓋了PROFINET，5我們不會深入研究該協議的所有功能。然而，值得注意的是，它的設計 - 支持標準TCP / IP，以及繞過TCP / IP的特殊堆棧，用于在PROFINET I / O和IRT中傳輸實時數據 - 特別適合平衡辦公室以太網的便利性與工業網絡的需求。

與Modbus TCP一樣，PROFINET主要用于工業自動化過程控制。它支持簡化布線（例如，通過西門子的 FastConnect 系統）、WLAN 上的確定性性能以及與星形、樹形和環形拓撲的兼容性（除了現場總線的線性布局）使其成為簡化布局和提高現代 IAC 系統性能的熱門選擇。6此外，能夠輕松地從最受歡迎的現場總線 PROFIBUS 過渡 和當前使用的工業網絡 — 使 PROFINET 集成成為許多制造商的輕松決策。

PROFINET，Modbus TCP和EtherNet/IP都是以太網等無處不在的技術如何用作精確，可擴展和工業自動化的基礎的很好的例子。以太網在工廠中的優勢始終在于其熟悉性和靈活性 - 它可以統一工業和辦公網絡，同時在帶寬和對TCP / IP的直接支持等關鍵領域超越現場總線。CPwE 等架構和項目（如時間敏感）的持續開發 網絡（TSN）只會在未來幾年擴大以太網在自動化行業的影響力，并為現在和未來的更高效的工廠做出貢獻。

審核編輯：郭婷