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在一个典型的工厂或设施中连接许多不同的工业以太网协议可能是一件令人头痛的事情，但HMI可以缓解这种痛苦。

Marcia R. Gadbois，施耐德电气Wonderware industrial Web Studio集团总经理兼副总裁

由于IOT和IIT的普及，以及其他因素，工业以太网的变种从未如此。在植物地板上连接数据和信息时，所有这些不同的工业以太网协议如何进行通信？一个解决方案：使用现代HMI作为网关来连接公共工业以太网协议，专注于消息传递和信息协议接口。

许多较旧的自动化系统和网络变得过时，但它们仍然工作得很好。工业以太网从早期版本的以太网演变，包括来自现场总线风格通信标准的许多功能，该标准应该使用而不是以太网代替以太网。这些现场总线风格标准包括DeviceNet，控制区域网络（CAN），PROFIBUS，MODBUS和CCLINK。这些网络仍然广泛使用，但它们慢慢地移动到尺度的过时。

技术正在使许多人从串行网络转向工业以太网，以利用其速度和灵活性。工业以太网现在处理实时控制网络，非常适合与更复杂的设备通信，如运动控制器和驱动器。它还提供连接工业物联网的技术。

描述以太网通信的图表。HMI可以用作通信集线器，以实现各种以太网协议之间的通信。(由InduSoft)。

虽然许多网络从专有的开放标准更改，但以太网将栏设置为硬件的所有网络最开放，而不是对其通信协议的所有层，特别是对于工业应用。工业以太网的所有变体共享一些或所有硬件，但仍有许多不同的基于以太网的协议，包括：

- 以太网TCP / IP
以太网/ IP
-modbus tcp / ip
- 筹备
- 以太网PowerLink.
- 克服
-Sercos三世
-CC-Link即

以太网TCP / IP是以太网硬件通信的主要标准。简单的描述是，它是两个或多个设备之间的Internet连接，确保正确数据并正确发送数据。大多数其他工业以太网协议以各种方式使用全部或部分该协议。

此图表列出了一些领先的工业以太网协议和计划采用率。（由IHS提供）。

这些不同的工业以太网协议是由领先的自动化制造商开发的。例如，以太网/IP是由罗克韦尔自动化公司开发的，由DeviceNet和ControlNet在TCP/IP上使用相同的通用工业协议(CIP)创建。像大多数其他工业以太网协议一样，以太网/IP现在是开放的，并由一个独立的基金会管理。

Modbus TCP/IP是1979年Modicon开发的原始Modbus RTU协议的工业以太网版本。它是一个客户端/服务器配置，易于实现，但不确定。

PROFINET是PROFIBUS的工业以太网版本。这是西门子和许多欧洲供应商的首选协议，它有三种不同的变化提供了不同程度的性能。

Powerlink由贝加莱自动化公司开发，位于IEEE 802.3之上，即以太网的媒体访问控制(MAC)层。由主托管节点启用的时间同步使其成为一种快速且确定的选择。

Ethercat使用MAC级别协议由Beckhoff Automation开发。大部分数据都在硬件层中处理以减少延迟，使其成为具有许多连接节点的高速运动应用的良好选择。

SERCOS III与EtherCAT相同，具有其在飞行的分组处理，用于非常快速的实时控制，并添加了TCP / IP通信。它通常用于伺服驱动器应用。

CC-Link IE由MITSUBISHI开发，它具有控制和现场版本。控制版本连接控制器以及现场版本链接I / O和运动控制组件。两个版本都使用以太网数据链路层。

HMI启用以太网通信

尽管多个工业以太网协议可以通过一根以太网电缆传输，但它们各自包含不同类型的消息传递和数据模式，这使得它们不可能直接相互通信。HMI是实现这些不同协议之间通信的一种解决方案。

HMI可以是基于PC的，或者它可以在嵌入式操作系统上运行，例如Windows嵌入式或Linux。在任何一种情况下，HMI都作为通信集线器，使不同的以太网协议互相交谈。

作为通信集线器，HMI允许系统集成商和机器建设者使用多种制造商的硬件，并轻松更新具有新设备的传统系统。使用以太网和现代HMI软件还可以更轻松地创建基于远程或基于Web的接口，从而让运营商视图和控制机器和进程。

在通信集线器中实现HMI时的第一步是选择合适的软件。虽然许多基于PC的HMIS支持领先的工业以太网协议，但一些嵌入式HMIS可能只能使用少数几个。

另一方面，正确的HMI软件，无论是嵌入式还是基于PC，都提供了一个更开放的选项。这些HMI可以与数百个工业协议，串行和以太网进行通信，允许用户与通信端口的任何类型的工业自动化组件进行连接。一些HMI软件包还提供支持与自定义和专有协议的通信，尽管这始终需要一些配置或编程。

HMI hub的优点

为什么使用HMI集线器而不是替代解决方案?毕竟，人们可以使用基于硬件的协议转换器，甚至可以将整个工厂或设施切换到一个协议。

选择和配置HMI软件中的软件协议驱动程序通过以太网或其他其他工业通信协议的新设备与添加协议转换硬件更简单，并且它也是低成本选项。所需协议转换器的数量可以快速乘以，迫使工厂和设施，以批量股票。虽然不常见，但发生了硬件故障，并且可以通过基于软件的方法来消除这些故障点。

将工厂中的所有自动化组件切换到一个协议通常不实用，特别是在旧植物和设施中。许多设备可能在不同的协议上运行，尤其是在传统自动化系统中。随着行业移动到这些遗留系统的联系，使他们成为IIOT的一部分，切换到常见协议将是昂贵的，因为它需要更换仍然运行的传统自动化系统。

即使在新系统中，一些OEM设备也将使用不同的协议。而不是破坏功能良好的自动化系统，或者需要OEM供应商来遵守一个协议标准，而HMI可以进行所需的连接。这在监测不需要实时协议的应用中特别有效。例如，许多OEM设备的项目使用他们的车载自动化系统来控制操作，并通过HMI进行监视和协调的其他系统进行通信。表2总结了使用HMI作为通信集线器的优点。这些优势包括：

- 同时有一系列协议
容易扩展
-比使用单独的协议转换器成本更低
-often更实用，然后切换到公共协议
易于编程集成以太网数据
- 植物地板和互联网/内部网之间的网络安全

使用标签在自动化控制器之间交换数据是很常见的，现在很容易从控制器导入标签名称到HMI，加快了集成并减少了开发时间。

最后，由于工业以太网基于开发的商业以太网，安全要求和功能良好。虽然良好的设计实践使办公室/企业网络与控制网络分开，但可以实施一些常见的网络安全规则和程序，以保持两个网络安全。

在应用中

在一个大型装配系统中，通常会有许多设备，包括控制器、机器人、驱动器、运动控制器和智能传感器(图2)。所有这些设备都可以使用各种协议连接到工业以太网网络。这些连接可能用于实时控制，或仅用于数据和信息目的。

对于实时控制，所选协议应专注于机器和设备的确定性操作。最有效的方法是使用单个协议。如果需要不同协议之间的高速通信，协议转换器硬件可能是唯一的实际答案，因为通过HMI软件转换协议将花费太长。

对于数据和信息网络，HMI可以通过多个协议同时与多个设备进行通信。它可用于各种自动化系统之间的数据交换，以进行协调和排序。HMI还可以获取、存储、处理和传输信息到其他平台，如ERP、生产管理和资产管理系统。所有这些数据需要在不干扰控制网络的情况下演变成信息。HMI可以通过与高级系统交换选定的数据来完成这项任务，同时保持操作人员实时的操作信息。

关键点是实时网络需要快速运行，无法通过数据收集和信息减慢。用户可以使用HMI作为集线器以及适当的以太网交换机和路由器设置优先级。这允许与更高级别的系统以及各种自动化系统中的数据交换数据，对网络的实时控制功能很少或没有影响。

正确的人机界面可以用作工业以太网网络的枢纽，连接自动化系统、设备和机器。它通常是许多不同协议的最佳选择，足够灵活，可以在遗留或新应用程序中使用。而且成本低，易于集成。

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