基于ControlNet的自動化控制系統中總線分析與比較

藍健朋

摘 要：針對自動化系統的兩類總線技術：ControlNet和EtherNetlIP，該文對以下幾個方面進行比較分析：網絡的傳輸時長、網絡的傳輸速度、網絡的鏈接、網絡的通信模型、網絡的拓撲結構、網絡的應用、網絡的組態、數據的觸發方式、數據編碼率等。通過以上的研究，可以有效地解決用戶在使用網絡中遇到的問題，對網絡進行優化、選擇以及應用。

關鍵詞：工業控制 總線技術 控制網絡

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-01

隨著EtherNet/IP相關產品的出現和以太網技術的不斷發展，信息化和自動化網絡由于基于TCP/IP協議的EtherNet/IP擴展到工業實時控制層而獲得了更多的解決方法。通過該文研究，可以有效地解決用戶在使用網絡中遇到的問題，對網絡進行優化、選擇以及應用。

1 網絡性能比較

1.1 網絡性能的不同點

1.1.1 網絡的拓撲結構

ControlNet網絡結構：有星型、樹型、總線型以及上述三種拓撲結構的混合結構；EtherNet/IP網絡結構：該類網絡的拓撲結構星型為主。

1.1.2 傳輸距離和傳輸速率

在EtherNet/IP中采用的傳輸速率有三種：10 mbps，100 mbps以及1Gbps。在單網段中，若采用非屏蔽雙絞線傳輸，則其傳輸距離為100 m，而采用光纖的最大傳輸距離為2000 m。若為所有的通信網絡，則前者傳輸方式的最大傳輸距離為2500 m。

在網絡傳輸速率方面，EtherNet/IP在速率上具有更多優勢。

1.1.3 控制訪問MAC協議[1]

ControlNet的MAC協議把存取CTMDMA的方式當作其采取的方式，并把總傳輸的時間進一步分成間隔相同的時間段，在每一段時間之內實現一輪令牌傳輸和發送正確報文。

EtherNet/IP的MAC協議采用堅持二進制指數后退BEB算法和帶沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD處理沖突，使得EtherNet/IP的確定性和實時性受影響。

1.1.4 網絡編碼率

ControlNet、EtherNet/IP數據編碼率比較理想的，并且在數據量較大的時候編碼率可達98%。對以上分析可得ControlNet和EtherNet/IP的優勢

長短。

1.2 網絡性能的相同點

1.2.1 數據觸發方式

ControlNet與EtherNet/1P總線的數據觸發方式有這幾類：輪詢（Poll）、位選通（Bit-Strobe）、狀態改變（Change Of State—COS）以及循環（Cyclic）等，為更好地優化網絡結構，且滿足工業現場對實時性的通信需求，可以再構建較為復雜的網絡時對各類數據靈活采用觸發方式結合。

1.2.2 網絡模型

ControlNet和EtherNet/IP總線主要采取的網絡模型為生產者/消費網絡模型。在該模型下，很多采用這些數據的節點可以在網上通過識別同一標識符而達到從同一生產者對同一數據進行消費。

1.2.3 通信模式

ControlNet與EtherNet/1P總線支持各種各樣的許多種類的模式進行通信，其主要的通信模式包括主從、多主、對等，以及上述3種模式混合的模式。

1.2.4 連接報文

由于總線EtherNet/IP和ControlNet上任何連接的運行，全部是基于UCMM Forwardes Open進行運行，所以，需要所有的支持連接報文設備要對未連接信息管理器的支持。把其全部連接劃分為顯式報文連接和v0連接。

2 網絡組態比較

2.1 主從控制系統

ControlNet對I/O的控制

通過對簡單實例的研究分析，可以達到ControlNet網絡的單主站控制系統實現的效果。

EtherNet/IP網絡對I/O設備的控制

同樣可以通過對簡單實例的研究分析達到EtherNet/IP網絡的單主站控制系統實現的效果，在圖1中顯示其硬件構架。本案例中本地ControlLogix機架主要由圖1模塊組成。

2.2 多主控制系統

（1）ControlNet網絡中控制器間的數據傳送

通過對簡單實例的研究分析，信息從單個控制器ControlLogix向另一個控制器FlexLogix發送，從而可以達到ControlNet網絡多主控制系統研究效果。連接所有硬件之后，控制器之間的通信實現還需通過軟件的組態。

（2）EtherNet/IP網絡中控制器間的數據傳送

通過以下簡單實例的研究分析：EtherNet/IP網絡中控制器ControlLogix 和CompactLogix之間的數據傳送以及EtherNet/IP網絡多主控制系統，連接所有硬件之后，還需組態和ControlNet網絡類似的組態軟件RSLogix5000。

3 網絡應用比較

ControlNet總線應用廣泛，應用領域有礦山、治金、食品、造紙業、水泥，還有交通運輸領域、石油化工、汽車制造、娛樂領域以及很多使用了自動化。EtherNet/IP在采礦、電力、汽車、水處理、食品飲料和輪胎等各行各業廣泛應用。在網絡資源利用方面：在網絡負載較低和流量較少的情況下，ControlNet總線的效用水平會下降的顯著，甚至會導致很多浪費的產生，以至于很多網絡資源為充分使用起來。可是若在這種狀態下采用EtherNet/IP總線，會解決以上問題，且起到網絡效應更大化。

在網絡組態方面：ControlNet和EtherNet/IP總線的網絡組態相似。傳輸實時數據若采用ControlNet網絡，則可以通過RSLogix5000軟件進行軟件的網絡組態，請求報文間隔觸發控制器間數據傳送，其在特定周期之內控制器是自另外一個控制器進行反復地接收數據的，并且利用RSNetworx for ControlNet軟件進行網絡規劃。

參考文獻

[1] 劉增環，潘明福.基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制[J].煤礦機械，2011（9）.