【导读】现在市面上主流的工业以太网协议有EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET、ModbusTCP/IP、CC-LinkIE TSN、HSE、POWERLINK、SercosⅢ和TSN。
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什么是工业以太网？
基于以太网的技术标准，结合了工业环境的特殊需求和特点，在传统以太网的基础上进行了一系列的改进和扩展，达到满足工业环境中对实时性、可靠性和安全性的特殊需求。日常生活中我们使用的支持TCP/IP的以太网通信反应时间通常为100ms，具有不确定性，不适用于工业场景。因此在一些大型工业设备制造商的推动下，产生了很多不同的工业以太网协议，如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、ModbusTCP/IP、POWERLINK、SercosⅢ和时间敏感网络（TSN）等。下面就来一起了解下。
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EtherCAT-倍福
开放但不开源的技术，也就是说，你可以任意适用该项技术，但如果要进行相关设备的开发，需要向倍福自动化公司获取相关授权。灵活、低成本，近期发展迅速。EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制，通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT是MAC层协议，对于如TCP/IP、UDP、Web服务器等任何更高级别的以太网协议而言都是透明的。在拓扑方面，EtherCAT几乎支持任何拓扑类型，包括线型、树型、星型等。
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EtherNet/IP-罗克韦尔
由罗克韦尔研发，ODVA管理。EtherNet/IP是TCP/IP上的应用层协议。EtherNet/IP使用标准以太网物理层、数据链路层、网络层和传输层，采用的是商业以太网通信芯片、物理介质和星型拓扑结构，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10Mbps和100Mbps以太网商用产品。由于EtherNet/IP使用以太网的物理层网络，并架构了TCP/IP的通信协议上，因此用微处理器上的软件即可实现，不需要特别的ASIC或FPGA。EtherNet/IP使用标准以太网和交换机，因此它在系统中拥有的节点数不受限制。这样，就可以跨工厂车间的多个不同终点部署一个网络。EtherNet/IP提供完整的生产者-消费者服务，并可实现非常高效的从站对等通信。
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PROFINET-西门子
主要由西门子和PROFIBUS&PROFINET国际协会所提出，是一种基于以太网的工业自动化通信协议。它支持实时和非实时通信，能够处理大量的实时数据和控制信息。PROFINET具有高灵活性和可扩展性，可以与现有的自动化设备和系统进行无缝集成。PROFINET=PROFIbus+etherNET，把Profibus的主从结构移植到以太网上，所以PROFINET会有Controller和Device，他们的关系可以简单的对应于PROFIbus的Master和Slave。需要注意的是：PROFINET是基于以太网的，所以可以有以太网的星型、树型、总线型等拓扑结构，而PROFIbus只有总线型，所以PROFINET就是把PROFIbus的主从结构和etherNET的拓扑结构相结合的产物。
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ModbusTCP/IP-施耐德
该协议由施耐德公司推出，是一种基于以太网的通信协议，它是 Modbus 协议在 TCP/IP 网络上的实现。Modbus TCP/IP 将 Modbus 协议映射到 TCP/IP 协议栈上，使得 Modbus 设备可以通过以太网进行通信。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制一致，但通过工业以太网交换技术大大提高了确定性，改善了一主多从轮询机制上的制约。Modbus TCP/IP Modbus 是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，用于设备之间的数据交换和控制。
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CC-Link IE TSN-三菱机电
CC-Link IE TSN（CC-Link Industrial Ethernet Technology for Synchronization and Time Sensitive Networking）由三菱电机公司主导开发的，是 CC-Link 协议的一个演进版本，结合了以太网技术和时间敏感网络（TSN）的特性。CC-Link IE TSN 将这些特性与 CC-Link 的优势相结合，为工业网络带来了以下好处：实时性和确定性：通过 TSN 技术，CC-Link IE TSN 能够保证关键数据的实时传输，满足严格的时间要求。多协议共存：支持多种以太网协议在同一网络中共存，实现了不同设备和系统的集成。时间同步：确保整个网络中的设备具有精确的时间同步，有助于协同操作和事件记录。高可靠性：采用了冗余链路、容错机制和故障诊断功能，提高了网络的可靠性和稳定性。安全性：提供了安全机制来保护网络免受未经授权的访问和数据篡改。
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HSE-FF现场总线基金会
HSE（High Speed Ethernet）：由FF现场总线基金会于2000年发布，是以太网协议IEEE802.3、TCP/IP协议族与FFIll的结合体。FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网络与Internet的集成。其核心部分是链接设备，它是HSE体系结构将Hl（31.25kb/s）设备连接到100Mb/s的HSE主干网的关键组成部分，同时具有网桥和网关的功能。HSE是一种基于Ethernet+TCP/IP协议、运行在100Base-T以太网上的高速现场总线。HSE 的结构是一个增强型的标准以太网模式，底层采用标准以太网IEEE802.3μ的最新技术和CS-MA/CD链路控制协议来进行介质的访问控制。HSE除了具有高带宽和更好的开放性之外，灵活的网络和设备冗余形式以及灵活功能块技术是其特色技术。
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POWERLINK-贝加莱
奥地利自动化公司贝加莱开发，所有的源码都是公开的，任何人都可以免费下载和使用。POWERLINK是Ethernet的扩展，混合了轮询以及时间切片机制，可以提供：时间关键资料可以确保在非常短的等时周期中发送，具有可规划的回应时间；网络上的所有节点都可以时间同步，精度可以到微秒以下。具有高带宽、低延迟和实时性能。它可以提供可靠的实时通信和同步，用于连接各种工业设备和自动化系统，如机器人、PLC（可编程逻辑控制器）、驱动器、传感器、控制面板等。POWERLINK可以实现实时数据传输和控制信号传递，支持多节点和分布式控制系统。该协议还提供了灵活的网络配置和扩展性，可以适应不同规模和复杂度的工业自动化系统。它使用标准的以太网硬件和协议，并且与其他以太网通信协议兼容，使得POWERLINK可以与现有的系统集成和互操作。POWERLINK被广泛应用于工业自动化领域，特别是在机械制造、自动化生产线、工艺控制以及机械和设备控制方面。它提供了高性能、实时的数据通信，有助于提高生产效率和设备控制精度。
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SercosⅢ-德国 Sercos 协会
Sercos III 协议是由德国 Sercos 协会开发的。Sercos 协会是一个由多家工业自动化领域的公司组成的组织，他们共同致力于推动 Sercos 技术的发展和应用。一种实时以太网协议，它提供了高性能的实时通信和同步功能，支持高速数据传输和实时控制，主要用于伺服控制器。Sercos已在工厂自动化应用（适合机械工程和建筑）领域风靡了30多年。SercosIII是其第三代协议，制定于2003年。Sercos III 协议采用串行实时通信技术，能够实现控制器与驱动器之间的高速数据传输，支持多种通信模式和拓扑结构。它还提供了丰富的功能，如同步控制、参数设置、故障诊断等，以满足工业自动化系统的需求。Sercos III 协议的开发旨在为工业自动化领域提供一种标准化的通信解决方案，促进不同设备和系统之间的互操作性和集成性。通过使用 Sercos III 协议，可以实现更高效、更精确的运动控制和自动化系统的集成。Sercos III 协议是一种用于运动控制和工业自动化的实时通信协议。它具有高速、高精度和高可靠性的特点，被广泛应用于机器人、数控机床、包装机械、印刷设备等领域。
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TSN-多个行业组织和标准机构共同推动
TSN（Time Sensitive Networking，时间敏感网络）并不是由某个特定的公司开发的，而是由多个行业组织和标准机构共同推动的。除了实时能力和确定性之外，TSN还有另一项巨大技术优势，那就是网络扩展能力，这使得TSN能以10Mbps、100Mbps、1Gbps或10Gbps的速率运行，TSN是一种有望取代总线的技术。严格意义上，TSN代表以太网中支持实时性的第二层，不是完整的实时协议。也就是说，TSN不会取代PROFINET、EtherNet/IP及类似的以太网协议。相反，这些工业以太网协议长期而言将支持第二层TSN，因此传统工业以太网协议不会消失，但未来将建立在TSN之上。但是，现场总线则可能会被以太网永久性取代。TSN 是一种新兴的以太网技术标准，旨在为以太网提供实时性、确定性和低延迟的通信能力，以满足工业自动化、汽车、航空航天等领域对时间敏感应用的需求。TSN 的发展涉及到众多公司、研究机构和标准组织的参与和贡献。其中一些重要的组织和机构包括 IEEE（电气和电子工程师协会）、IEC（国际电工委员会）、IETF（互联网工程任务组）等。这些组织致力于制定 TSN 相关的标准和规范，推动 TSN 技术的发展和应用。许多公司也积极参与到 TSN 的研究和开发中，包括网络设备制造商、自动化系统供应商、汽车制造商等。他们通过合作和创新，推动 TSN 技术在实际产品和解决方案中的应用。TSN 的发展是一个多方合作的过程，其目标是建立一个开放、统一的标准，使不同厂商的设备和系统能够互操作，实现更高效、可靠的实时通信。这有助于推动工业互联网、智能制造和其他时间敏感应用的发展。
