1、广东工业大学硕士学位论文工业以太网现场设备层应用关键技术研究姓名：刘军申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：王桂棠20090601摘要摘要随着计算机技术、通信技术与控制技术的飞速发展，工业现场设备层测控网络的体系结构发生了一系列变革。从集中控制到集散式控制，再到目前广泛应用的现场总线控制。但是，随着工 业网络对远程化、一体化等需求的不断提高，把以太网直接应用在工业测控现场，形成一个与无缝连接的网络已经成为下一代工业现场网络发展的重要方向。同时，嵌入式系 统的不断发展和应用为测控系统中的工业以太网提供了技术基础。工业以太网在现场设备层应用首要解决的问题是传输实时性与可靠性。在研究了
2、工业以太网的协议体系的基础上，通过分析工业以太网工作原理及其设备层应用需求，提出使用全双工交换式技术来解决工业以太网导致的本质的时延不确定的方案，并且引入网络演算技术对网络的传输状况进行估计，从而实现规定时延下的多段式调度策略，防止网络拥塞，解决交换式以太网带来的排队时延，保证实时 性数据的传输。在仿真中 针对固定流量与突发流量验证解决方案取得较好效果。在可靠性方面，提出了一种面向交换式以太网的改进型双环冗余的解决方案。并且把快速生成树协议实现在系统中，用以解决因环路的存在而导致的交换网络中广播风暴的产生，并致使交换网络的地址系 统失效等问题。通 过网络仿真测试表明使用该方案的工业以太网是一种
3、高可靠性冗余网络：针对现场设备层应用的实时性与可靠性等需求，结合嵌入式技术，设计了基于嵌入式技术的工业以太网现场通信节点平台。节点使用处理器为硬件核心，移植可抢占式的基于内核的嵌入式操作系统 及嵌入式 协议栈。设计了各硬件需要的驱动程序，并解决现场节点通信的软硬件干扰等问题。关键词：实时性；可靠性；节点；：广东丁业大学硕士学位论文，！，一，：；独创性声明独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成
4、果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广东工业大学所有。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。论文作者签字：指导教师签字：刁年芬卿璨月多日第一章绪论课题目的与意义第一章绪论随着计算机技术、通信技术与控制技术的飞速发展，工业测控网络的体系结构发生了一系列变革。经过几十年的发展与变革， 现场总线技术使工业自动化水平得到了提高，但是随着各种工业需求的提高，现场总线技术因为固有的各种缺点逐渐不能满足需求：通信协议不 统一的问题日益严重，在现场总线发展过程中
5、，开发了近百种的不同的标准。尽管在年国际标 准出台，但由于各种原因它还是包含了个标准，使现场总线不能统一于一个标准，由于都是沿用各大公司的专用技术，使得不同总线之间不能兼容，不能在工 业网络中真正实现透明化信息互访。企业 信息网 络与控制网络的集成已经成为企业自动化的迫切需求，而现场总线的速率低、与以太网交互需协议转换等因素使得它很难与企业信息网络形成无缝的连接妇。现场总线虽然是现阶段主要的工业网络，但其开放性与互操作性等诸多的问题也逐渐成为工业信息化与智能化发展的障碍。为解决现场总线应用的各种问题，人们纷纷把目光转向目前在信息网络中广泛应用的以太网。以太网和协议作为世界上最为广泛应用的网络协
6、议，这使其在工业领域的应用有良好的基础，并且以太网在工业控制网络中的使用将构建从底层的现场设备层到中间的工业控制层、最终与企业管理决策层一起形成一体化综合自动化网络平台，从而消除企业内部的各种自动化孤岛，与信息网络无缝连接。将以太网应用在控制和现场设备层并成为标准的高速工业网络，有着广阔的应用和发展前景，它将作 为未来工业网络的首选。相比现场总线技术，以太网在工业测控系统中的应用有许多优点：从技术角度看，基于协议的以太网具有传输速度高、低功耗、易于安装和兼容性好等方面的优势。它支持几乎所有流行的网络协议，便于系统应用层的开发。 虽然广东工业大学硕士学位论文传统以太网采用总线式的拓扑结构和带碰撞
7、的载波侦听多路存取通信方式，具有无法预见的延迟特性，随着以太网技术的成熟，交 换技术的应用，高速以太网的发展等在工业自动化领域上的迅速发展，工业以太网理论逐渐成熟。以太网还具有具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的信息层与控制层得到了广泛应用，并已经呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。随着技术的发展，控制网络技术与计算机信息网络、的联系更为密切。而且控制网络技术必须考虑开放性和与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通信性能的要求，这些都是控制网络设备转向采用以太网技术的重要原因“。在理论不断成熟的同时，实现
8、技术的不断发展也使工业以太网在现场层的应用成为可能。随着集成电路技术的不断发展，高档的微处理器作为核心控制器和处理器的条件逐渐成熟，而在控制器上运行的实时嵌入式操作系统使控制器易于实现 协议。嵌入式技术的进步使以太网络 技术更易于接近现场，从而使工业以太网可以直接使用于工业现场级应用。工业以太网不仅能够解决现阶段工业网络发展中的各种问题，而且它符合工业网络未来发展的需求，已经逐渐成为工业自动化与测控网络发展的主要方向，具有很大的发展潜力抽，。本 课题研究工业以太网在测控网络的现场设备层的应用中的关键技术，使 设备层与信息层和监控层组成一个开放的一体化网络，适应当前工业测控领域提出将测控分散到现
9、场、实现远程智能监控等要求。工业以太网研究背景与发展状况工业网络发展概况工业网络是一种特殊的通信网络，它直接面向生产过程，在工业生产中负责测控信息的传输，它随着工业系统的变革而不断发展。工业网络是网络工业生产运行的动脉，是控制工业系统通信的枢纽。工业网络在工业控制系统分布化、智能化等需求的不断变化中得到迅速的发展。在工业网络的发展过程中，主要经历了集中控制系统、等阶段。第一章绪论年代一年代，处于企业生产过程底层的传统测控系统，采用两线制电压电流模拟信号进行测量控制，需求较为简单，主要使用集中控制系统。年代工 业的发展使生产过程日益复杂，规模更加扩大，在生 产中采用原来的集中控制系统，可靠性差，
10、出现事故时会中断生产， 为提高可靠性， 满足工业 生产过程控制要求，美国日本利欧洲等国开始研制集散型控制系统（）。是计算机、通信、和控制技术的结合。主要以微处理器为核心， 实现地理上和功能上相对分散的控制系统，通过数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，它具有事故分析、性能计算、历史数据存储、分析、各种报表生成、打印等功能，很快就得到非常广泛的应用。在系统中，测量变送，执行器般由模拟仪表来完成，他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统，是模拟和数字混合系统，可实现高级复杂规律的控制。进入年代，随着计算机网络及通信技术的迅速发展，现场有越来越多的信息需要传递，通信技术越来越往下
11、延伸到现场，信息 传递的范围不断扩大。 现场总线把专用微处理器植入传统的测控仪表，使它们各自都具有独立承担某些控制、数字计算和通信能力。系统的应用使自动化的水平提高到新的层次。它实现企业的信息集成，实施综合自动化，使模 拟仪表向智能化仪表发展、丁业控制从分立设备向共享设备发展、计算机网络向现场级网络发展，是一种适应工业现场环境运行、可靠性高、实时性强 、造价低廉、 结构简单、维护方便的工业网络。在近年中，随着企业网络一体化与控制远程化需求的不断发展，工业控制网络需满足开放性、互操作性、 实时性、高可靠性、。恶劣的工业现场环境适应性。总线供电等特殊要求。随着嵌入式技术的不断成熟，工业以太网应用并
12、延伸至现场设备层逐渐成为工业网络的热点与趋势。工业以太网研究现状从目前国际国内的发展来看，工业以太网在信息层和监控层已得到广泛应用，并逐渐成为事实上的标准。但是以太网用于工业现场设备间通信的研究和产品开发处于初始阶段，而且没有一个明确统一的工业以太网的定义和标准。但可以确定的是，工业以太网将逐渐在工业自动化与智能化测控系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用【，。广东业大学硕上学位论文网络己被工 业自动化高层采用，如果在低层也采用以太网，不同的工厂通讯系统更容易地建立连接。因为采用相同的协议，可以建立更大范围的网络，使控制系统远程化并增强系统性能。随着以太网通信速率的提高、全
13、双工通信、交换技术的发展，为以太网的传输实时性与确定性的解决提供了技术基础，消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的障碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信己成大势所趋旧，。国外对以太网在控制中的应用较早是用于电力系统的监控。美国电力究院（）和国际大电网会（）的第工作组通过研究都证明：当使用交换式集线器时，以太网完全可以满足实时性要求。自上世纪八十年代开始，国外已经推出不少使用以太网的变电站自动化系统，如美国公司的系统、美国公司的变电站自动化系统、日本东芝公司的高压变电站分布式测控系统等。几个主要的现场总线组织也在开发基于以太网的
14、现场总线协议，一些公司开发了具有以太网接口的仪表、嵌入式以太网控制器及工业以太网交换机等。目前，国际电工委 员会正着手起草 实时以太网（，）标准，着力推 动以太网技术在工业控制 领域的全面应用。八十年代后期，我国电力行业从国外引进的控制系统中就采用了以太网技术，运行证明稳定可靠。 这几年，我国的工业以太网技术研究和产品开发呈现蓬勃发展之势。清华 大学、重 庆邮电 学院等单位，在国家 “计划的支持下，开展了（）技术的研究，在以太网的实时通信、 总线供电、远距离传输、网络安全、可靠性技 术等领域取得进展。其中采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈
15、软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性；采用直流电源耦合、 电源冗余管理等技术， 设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。并起草了“用于工业测量与控制系统的系统结构和通信标准（草案），并通过了由组织 的技术评审。在国内， 还有各大学与研究所积极进行基于工业以太网的测控系统设计与研究工作“。第一章绪论嵌入式系统概述目前，嵌入式系统己经成计算机领域的发展热点。嵌入式系统已经应用到网络设备、信息家电、工业控制、汽 车、航空航天、 军事等众多领域。在未来的 发展中，嵌入式技术必将把人们的日常生活与信息化技术连结得更
16、为紧密。嵌入式系统定义及发展概况根据的定义，嵌入式系统是“控制、 监视或者辅助 设备、机器和车间运行的装置。而从应用的角度，嵌入式系统被普遍定义为：以应用为中心、以 计算机技术为基础、软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗都 严格要求的专用计算机系统。人们称目前领域进入“后 时代”，即嵌入式时代。将嵌入式技术应用到工业控制领域可以提高工业生产效率，推动社会生产力发展。在嵌入式系统中，嵌入式芯片可以提高系统可靠性，同时降低硬件平台的功耗并减小体积；嵌入式实时操作系统可以使控制软件具有良好的实时性、可升级性和可移植性，简化系统的开发难度降低开发成本。嵌入式系统是各个学科技术的结合，它包含先
17、进的电子技术计算机技术、半导体技术和以及各个行业的具体应用的交叉结合。它是一个技术性强、发展迅猛，不断创新的知识集成系统。它能根据应用需求可对软硬件进行裁剪，满足各种特殊化应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。并能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，降低开发难度。嵌入式系统从二十世纪七十年代开始发展，至今经历了以下个 发展阶段：第一阶段是以单芯片为核心的系 统，它具有检测、伺服、等功能，一般没有操作系统支持，通过汇编语言对系统进行直接控制。这一阶段系统主要的特点是：结构和功能相对单一、效率较低、存 储容量较小、几乎没有用户接口。第二阶段是以单片机为基础，没有操作系
18、统或以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：单片机种类繁多、通用性较弱、系 统开销小、操作系统只具有低度的兼容性和扩展性、应用软件专业性强可移植性差、用户界广东业大学硕一学位论文面不够友好。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能够运行于各种不同类型的处理器之上、操作系统内核精小、效率高、模块化程度高、具有文件和目录管理、支持多任务处理、支持网络操作、具有图形窗口和用户界面等功能、具有大量的 应用程序接口。在本 阶段后期，随着网络在人们生活中的地位日益重要，越来越多的应用需要采用支持网络功能的嵌入式系统，嵌入式系统中使用网络操作
19、系统将成为发展趋势。嵌入式系统结构嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，嵌入式处理器是系统硬件中最核心的部分。嵌入式系统的软件主要可以依据操作系统的类型划分，目前嵌入式系统的操作系统主要有两大类分时操作系 统和实时操作系统，其中的实时系统又可以分为两类：硬实时系统和软实时系统。在嵌入式系统中，一般采用模块化设计和软件分层结构，常见的嵌入式系统结构见图】【】。嵌入式应用软件系统与函数库嵌入式操作系统内核硬件接口与驱动程序嵌入式硬件平台图嵌入式系统结构嵌入式硬件平台包括了嵌入式处理器与嵌入式外围设备等。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，它把通用中许多板卡共同完成的任务集成到芯片内部，从而降低嵌入式
20、系统体积，增强其可靠性。嵌入式外围通常包括串口、以太网、触摸屏等 设备。硬件接口与驱动程序起到把操作系统与硬件平台相连接的作用。这是整个系统软件的最底层部分，其主要功能是初始化整个系统软件的执行环境、驱动硬件正常工作等。这一层也可以称作硬件抽象层或（板级支持包）嵌入式操作系统内核是整个系统的核心部分，通常包括了与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、通信协议等部分，主要完成任 务调 度、内存管理、中断 处理等功能。嵌入式操作系统具有可剪裁配置、与上 层应用紧密相连等特点。系统与函数库是应用程序与操作系 统的接口，它可供应用程序直接使用。第一章绪论例如网络的（套接字）、图形用户接口、文件系 统 （，
21、应用编程接口）函数等，是用户开发的基础。嵌入式应用程序是在操作系统的基础上进行开发的，与通用的计算机系统相比嵌入式系统的资源有限，这就要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序代码长度，提高 执行速度。而且嵌入式系统对成本十分敏感，这就要求嵌入式应用软件不但要能够保证准确性、安全性、 稳定性以满足应用要求，还要尽可能的优化以提高系统的性能。随着技术的发展，嵌入式技术在工业控制领域的应用逐渐取得优势。本文的嵌入式工业以太网测控节点设计将由位微处理器和嵌入式操作系统构成，将嵌入式技术引入工业现场设备将有助于提高工业现场设备的综合处理性能和网络通信能力。论文主要研究内容本论文分析工业以太网在工业自
22、动化和测控领域的应用，为满足工业现场的需要，研究其需要解决的兼容性适用性以及实时性、可靠性、抗干扰性等问题。因为以太网和协议主要不是面向工业控制领域，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、适用环境等诸多方面与与工业领域应用需要相比有很大差异。本论文通过分析网络通信模型、通信服 务方式、和设备层通信实时性等，结合嵌入式系统和工业以太网的研究，解决工业以太网在现场设备层应用的关键问题并在现场设备层设计个性能优秀的能与无缝连接的实时嵌入式工业测控节点平台。第二章主要分析工业以太网体系结构与理论基础，第三章分析工业以太网实时性问题并应用全双工交换式以太网应用结构，设计基于网络演算的流量控制算法。
23、在第四章中设计冗余工业以太网网络架构，并应用快速生成树协议解决冗余链路产生的环路问题，从而解决工业以太网确定性与可靠性问题。经过前面章节的理论分析，在第五章中根据现场测控的要求，设计测控节点的硬件平台作为工业现场设备。其中包括嵌入式处理器，针对冗余设计要求的两个以太网控制器，以及各种底层接口。 测控节点的作用是执行常规控制和现场工业以太网络的管理，。 论文选用免费且公开源码的操作系统作为嵌入式平台操作系统。对内核进行裁剪、编译并移植到测控节点硬件平台，并广东工业大学硕士学位论文编写调试网络底层程序与各接口驱动程序。由于自带的 协议族很大，且穿透时间长，针对嵌入式设备的实用性，本身的存 储能力、
24、 处理能力的局限性，论文移植嵌入式协议栈来实现网络功能。最终实现嵌入式测控节点平台的设计并解决节点间通信的软硬件抗干扰问题。该节点留下软硬件接口，可方便的进行测控系统的开发。第二章工业以太网技术第二章工业以太网技术工业以太网定义工业以太网是基于的强大的区域和 单元网络。工业以太网不是把以太网在工业中的应用，而是在以太网基础上，专门为工业领域设计的，符合各种工业应用特点， 满足各种工业场合需求的控制网络。工业以太网提供了一个把工业测控系统无缝集成到信息与多媒体世界的途径。一个典型的工业以太网络环境，包含有网络部件、 连接部件、通信介质等三类网络器件。在工业测控应用中，工业以太网不仅仅完成数据传输
25、，还是一个借助网络完成控制功能的自动控制系统。它除了完成了数据传输之外，还需要依靠所传输的数据和指令，执行某些控制计算和造作功能，有多个节点完成自动控制任务。因此它需要在应用、用 户等高层防议规范上满足开放系统的要求，满足互操作的条件。为了满足工业现场的需求，必 须在协议之上，建立有效的通信服务模型，制定有效的实时通信机制，协调好工业系统中实时和非实时的信息传输。形成工业自动化广大用户所接受的应用层，用户层协议，进而形成开放的 标准。工 业以太网将企业传统的三层网络系统，即信息管理层、过程监控层、现场设备层。上两 层已经实现，而工业以太网在现场设备层的应用将使三层网络合成一体，使数据的传输速率
26、更快、实时性更高，并可与无缝集成，实现数据共享，提高工业系统的生产效率。工业以太网体系结构标准以太网与陕速以太网标准以太网（）指的是由公司创建并由，和广东业大学硕：【：学位论文公司联 合开发的基带局域网规范。年，和三大公司发布了版以太网规范，其传输速度为，所支持的唯一物理介质为粗同轴电缆。年，发布了版与 访问方法和物理层规范。年，全双工以太网的出现，以太网的 实时 性分析改变了以太网半双工的工作模式，不仅使以太网的传输速度又翻了一番，也彻底解决了多个端口的信道竞争。年月，规范的通过，标志着以太网时代的来临。年，出现了快速以太网标准，传输速度为；年月，规范的通 过，又使以太网进入到了高速网络行列
27、，运行速度为。年月，又通过了万兆以太网标准：。标准以太网与系列标准相类似，它不是一种具体的网络，是一种技术规范。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网在互联设备之间以的速率传送信息包，由于其低成本、高可靠性以及高速率而成为应用最为广泛的信息网络技术。随着网络的发展， 传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。推出快速以太网之前，对于要求以上数据流量的应用，只有光纤传输满足需求，但由于它价格昂贵，不利于大规模应用。年月，公司推出了世界上第一台快速以太网集线器，快速以太网技术正式得以应用。随后各大公司亦相继推出自己的快速以太网装置，工程组亦对以太网的各种标准进
28、行了研究。年月工宣布了快速以太网标准（），局域网正式进入快速以太网时代。快速以太网具有许多的优点，首先快速以太网技术减少投资，它支持、类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施，降低升级难度。但快速以太网依然是基于技术，当网 络负载较重时，会造成效率的降低，需要合理运用其他技术进行弥补。快速以太网标准又分为：、三个子类。工业以太网标准工业以太网在技术上一般与商用以太网兼容，但在产品设计时，在材料的选第二章工业以太网技术用、产品的强 度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面要能满足工业现场的需要。现行的工业以太网协议有多种，由于工业以太网是基于标准以太网开发，各种协
29、议其本质上都是基于以太网技术（即正标准）“。工业以太网体系结构与网络 模型对比如图 ：七层协议工业以太网协议？用户层图体系结构对照从图中我们可以看出，工业以太网协议在物理层和数据链路层均采用了标准。根据协议知道，物理介 质中采用的是基带传输技术，按照传输速率分成，和等标准。以太网的国际标准分为，。以太网的国际标准分为、三三种。数据链路层包括介质访问子层（）和逻辑链路控制层（）。其中层主要使用载波监听多路访问冲突检测协议来对介质进行访问控制而层主要用来解决介质的共享问题。数据链路层完成以太网的封装，其帧结构如图：前导码帧首定界符目的地址源地址长度类型数据填充帧校验序列（字节）（字节）（字节）（
30、节）（字节）（字 节）（不定）（字节） 图以太网数据帧结构在封装的数据帧中，帧头和帧尾所用的字节数固定不变，依据被封装的广东工业大学硕士学位论文数据包大小的不同，帧的长度范围是字节（不包括字节的前导字）。通过分析数据的发送与接收过程，我们可以知道数据链路层的工作原理。数据链路层数据发送过程如图所示。图数据发送过程当某结点有数据要 发送时侦听传输介质是否空闲；如果介质忙 则意味着有数据正在传输，节点等待一个随机的时间然后重新试图发送；如果介质空 闲，节点继续侦听直到位的帧间隙超时，如果此时介质继续空闲则节点一边发送一边对媒体继续侦听；如果发出的信息与 监听到的信息一致，就认为数据发送是正确的，没
31、有发生碰撞冲突，完成发送任务：如果发出的信息与监听到的信息不一致，则认为发生了碰撞冲突（即同一时刻，网上其它结点也在进行发送动作），此时立即停止发送过程，节点继续发送前导字段并且加上二个位的阻塞信号以确保其它节点都收到碰撞信号，并计算发送失败的次数；如果发送失 败次数小于，则根据算法等待一定时间后，重新准备发送，该等待时间为（为在网络上完成一个传输来回所需的最长时间。如果失败的次数大于次，停止发送尝试，并通知上层协议传输失败。以太网层数据接收过程如图所示：每个节点侦 听媒体，如果有信号传输， 则收集信息，得到帧；第二章二业以太网技术分析和判断帧中的接收地址，如果接收地址为本结点地址，则复制接收
32、该帧，否则简单地丢弃该帧数据。在网络层和传输层工业以太网采用被称为以太网上的“事实上标准的 协议族（详见第六章），与物理层和数据链路层一起构成工业以太网的低四层协议。在高层协议上，工业太网协议通常都省略了会话层、表示层，而直接定义应用层，有的工业以太网协议还定义了用户层（如）。工业以太网的应用层、用户层协议是为满足工业现场控制系统的应用要求，在协议之上建立完整、有效的通信服务模型，与有效的 实时图数据接收过程通信服务机制。它们还要协调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输服务，并为大多数工控生产厂商和用户所接受，进而形成开放的标准。在原现场总线应用的基础上，各现场总线组织纷纷将以太网引入其
33、现场总线体系中的高速部分，利用以太网和技术，以及原有的低速现场总线应用层协议，从而构成各种工业以太网协议，如、等。（，高速以太网）是现场总线基金会在摒弃了原有高速总线之后的新作。现场总线基金会明确将定位成实现控制网络与互联网的集成。由 链接设备将网段信息传送到以太网的主干上并进一步送到企业的和管理系统。操作员在主控室可以直接使用网络浏览器查看现场运行情况。现场设备同样也可以从网络获得控制信息。在低四层 直接采用以太网，在 应用层和用 户层直接采用的应用层服务和功能块应用进程规范，并通过链接设备（）将网络连接到网段上，链接设备同时也具有网桥和网关的功能，它的网桥功能能用来连接多个总线 网段，使不
34、同网段上的设备之间能够进行对等通信而无需主机系统的干预。主机可以与所有的链接设备和链接设备上挂接的设备进行通信，使操作数据能传送到远程的现场设备，并接收来自现场设备广东丁业大学硕上学位论文的数据信息，实现监控和报表功能。 监视和控制参数可直接映射到标准功能块或者“柔性功能块（）中。国际组织针对工业控制要求和技 术 特点，提出了基于以太网的，它主要包含方面的技术：（）基于通用 对象模型（）的分布式自动化系统；（） 规定了和 标 准以太网之间的开放、透明通信；（）提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。采用标准以太网作为连接介质，采用标准协议加上应用层的来完成 节点之间的通信和网络寻
35、 址。它可以同时挂接传统系统和新型的智能现场设备。 现有的网段可以通过一个代理设备（）连接到网 络当中，使整套设备和协议能够原封不动地在中使用。传统的 设备可通过代理与上面的对象进行通信，并通过自动化接口实现对象之间的调用。（以太网工业协议）是主推现场总线的公司对以太网进入自动化领域做出的积极响应。网络采用商业以太网通信芯片、物理介质和星形拓扑结构，采用以太网交换机实现各设备间的点对点连接，能同时支持和以太网商用产品，的协议由物理 层和数据链路层标准、协议组和控制与信息协议（）等个部分组成，前面两部分为标准的以太网技术，其特色就是被称作控制和信息协议的部分。为了提高设备间的互操作性，采用了和控制网络中相同的，一方面提供实时通信，一方面实现信息的对等传输，其控制部分用来实现实时通信，信息部分则用来实现非实时的信息交换。协议是
