基于ControlNet的自动化控制系统中总线分析与比较

蓝健朋

摘 要：针对自动化系统的两类总线技术：ControlNet和EtherNetlIP，该文对以下几个方面进行比较分析：网络的传输时长、网络的传输速度、网络的链接、网络的通信模型、网络的拓扑结构、网络的应用、网络的组态、数据的触发方式、数据编码率等。通过以上的研究，可以有效地解决用户在使用网络中遇到的问题，对网络进行优化、选择以及应用。

关键词：工业控制 总线技术 控制网络

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-01

随着EtherNet/IP相关产品的出现和以太网技术的不断发展，信息化和自动化网络由于基于TCP/IP协议的EtherNet/IP扩展到工业实时控制层而获得了更多的解决方法。通过该文研究，可以有效地解决用户在使用网络中遇到的问题，对网络进行优化、选择以及应用。

1 网络性能比较

1.1 网络性能的不同点

1.1.1 网络的拓扑结构

ControlNet网络结构：有星型、树型、总线型以及上述三种拓扑结构的混合结构；EtherNet/IP网络结构：该类网络的拓扑结构星型为主。

1.1.2 传输距离和传输速率

在EtherNet/IP中采用的传输速率有三种：10 mbps，100 mbps以及1Gbps。在单网段中，若采用非屏蔽双绞线传输，则其传输距离为100 m，而采用光纤的最大传输距离为2000 m。若为所有的通信网络，则前者传输方式的最大传输距离为2500 m。

在网络传输速率方面，EtherNet/IP在速率上具有更多优势。

1.1.3 控制访问MAC协议[1]

ControlNet的MAC协议把存取CTMDMA的方式当作其采取的方式，并把总传输的时间进一步分成间隔相同的时间段，在每一段时间之内实现一轮令牌传输和发送正确报文。

EtherNet/IP的MAC协议采用坚持二进制指数后退BEB算法和带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD处理冲突，使得EtherNet/IP的确定性和实时性受影响。

1.1.4 网络编码率

ControlNet、EtherNet/IP数据编码率比较理想的，并且在数据量较大的时候编码率可达98%。对以上分析可得ControlNet和EtherNet/IP的优势

长短。

1.2 网络性能的相同点

1.2.1 数据触发方式

ControlNet与EtherNet/1P总线的数据触发方式有这几类：轮询（Poll）、位选通（Bit-Strobe）、状态改变（Change Of State—COS）以及循环（Cyclic）等，为更好地优化网络结构，且满足工业现场对实时性的通信需求，可以再构建较为复杂的网络时对各类数据灵活采用触发方式结合。

1.2.2 网络模型

ControlNet和EtherNet/IP总线主要采取的网络模型为生产者/消费网络模型。在该模型下，很多采用这些数据的节点可以在网上通过识别同一标识符而达到从同一生产者对同一数据进行消费。

1.2.3 通信模式

ControlNet与EtherNet/1P总线支持各种各样的许多种类的模式进行通信，其主要的通信模式包括主从、多主、对等，以及上述3种模式混合的模式。

1.2.4 连接报文

由于总线EtherNet/IP和ControlNet上任何连接的运行，全部是基于UCMM Forwardes Open进行运行，所以，需要所有的支持连接报文设备要对未连接信息管理器的支持。把其全部连接划分为显式报文连接和v0连接。

2 网络组态比较

2.1 主从控制系统

ControlNet对I/O的控制

通过对简单实例的研究分析，可以达到ControlNet网络的单主站控制系统实现的效果。

EtherNet/IP网络对I/O设备的控制

同样可以通过对简单实例的研究分析达到EtherNet/IP网络的单主站控制系统实现的效果，在图1中显示其硬件构架。本案例中本地ControlLogix机架主要由图1模块组成。

2.2 多主控制系统

（1）ControlNet网络中控制器间的数据传送

通过对简单實例的研究分析，信息从单个控制器ControlLogix向另一个控制器FlexLogix发送，从而可以达到ControlNet网络多主控制系统研究效果。连接所有硬件之后，控制器之间的通信实现还需通过软件的组态。

（2）EtherNet/IP网络中控制器间的数据传送

通过以下简单实例的研究分析：EtherNet/IP网络中控制器ControlLogix 和CompactLogix之间的数据传送以及EtherNet/IP网络多主控制系统，连接所有硬件之后，还需组态和ControlNet网络类似的组态软件RSLogix5000。

3 网络应用比较

ControlNet总线应用广泛，应用领域有矿山、治金、食品、造纸业、水泥，还有交通运输领域、石油化工、汽车制造、娱乐领域以及很多使用了自动化。EtherNet/IP在采矿、电力、汽车、水处理、食品饮料和轮胎等各行各业广泛应用。在网络资源利用方面：在网络负载较低和流量较少的情况下，ControlNet总线的效用水平会下降的显著，甚至会导致很多浪费的产生，以至于很多网络资源为充分使用起来。可是若在这种状态下采用EtherNet/IP总线，会解决以上问题，且起到网络效应更大化。

在网络组态方面：ControlNet和EtherNet/IP总线的网络组态相似。传输实时数据若采用ControlNet网络，则可以通过RSLogix5000软件进行软件的网络组态，请求报文间隔触发控制器间数据传送，其在特定周期之内控制器是自另外一个控制器进行反复地接收数据的，并且利用RSNetworx for ControlNet软件进行网络规划。

参考文献

[1] 刘增环，潘明福.基于PLC及变频器技术的带式输送机控制[J].煤矿机械，2011（9）.