IDA （the Interface for Distributed Automation， 分布式自動化接口） 是一種完全建立在以太網基礎上的工業以太網規范， 它將一種實時的基于Web 的分布自動化環境與集中的安全體系結構加以結合， 目標是創立一個基于TCP/ IP 的分散自動化的解決方案。作為一個單純的工業以太網協議， IDA 涵蓋自動化結構中的所有層次， 包括設備層。它曾致力于開發一個供機器人、運動控制和包裝用的目標/ 功能塊庫。這些應用與PLC 的控制的顯著差別在于它們要求微秒級的同步（PLC 的控制只要求毫秒級的確定性）。IDA 通過因特網協議在以太網總線上用RTI （Real Time Innovations） 公司的中間件NDDS （網絡數據傳送服務） 來實現微秒級的實時性。NDDS 采用發布方/預訂方模型。

Modbus TCP/IP 將與FTP 或HTTP 一樣在其公共的操作系統中作為一個標準， Modbus 占用已注冊的502個端口中的一個。因為Modbus TCP/ IP是完全透明的，所以很好地符合IDA。IDA 協議建立在組件的基礎上， 該組件包括了IEC 61449 的第一部分體系結構功能塊標準，但用IDA 的體系結構替代了IEC 61499 的模型。除了支持以太網TCP、UDP 和IP有關的Web 服務的完整套件外， IDA 協議規范還包括：基于RTI 公司的中間件NDDS 的RTPS （實時發布方/ 預訂方）， Modbus TCP/ IP 作為工業以太網消息傳輸協議， IDA 通信目標庫， 實時和安全API。IDA 的協議棧如圖1所示。

圖1　IDA 的協議棧

注：BootP—Bootstrap Protocol， （因特網） 自引導協議；

DHCP—Dynamic Host Configuration Protocol， TCP/ IP）動態主機配置協議

Ethernet / IP

1998 年年初， ControlNet 國際化組織（CI） 開發了由ControlNet 和DeviceNet 共享的、開放的和廣泛接收的基于Ethernet 的應用層規范。利用該技術， 2000 年年底， CI、工業以太網協會（IEA） 和ODVA 組織提出了Ethernet/IP 的概念， 以后SIG （Special Interest Groups）進行了規范工作。Ethernet/IP 技術采用標準的以太網芯片， 并采用有源星形拓撲結構， 將一組裝置點對點地連接至交換機， 而在應用層則采用已在工業界廣泛應用的開放協議———控制和信息協議（CIP）。

Ethernet/IP的一個數據包Zui多可達1500B，數據傳輸率達10/100 Mbit/s，因而能實現大量數據的高速傳輸。基于Ethernet TCP 或UDP_IP 的Ethernet/IP 是工業自動化數據通信的一個擴展，這里的IP 為Industrial Protocol 的縮寫。Ethernet/IP 的規范是公開的， 并由ODVA組織提供。另外， 除了辦公環境上使用的HTTP、FTP、IMTP、SNMP 的服務程序， Ethernet/IP 還具有生產者/ 客戶服務，允許有時間要求的信息在控制器與現場I/O模塊之間進行數據傳送。非周期性的信息數據的可靠傳輸（如程序下載、組態文件） 采用TCP 技術， 而有時間要求和同期性控制數據的傳輸由UDP 的堆棧來處理。Ethernet/ IP 實時擴展在TCP/ IP 之上附加CIP， 在應用層進行實時數據交換和實時運行應用， 其通信協議模型如圖2 所示。

圖2　Ethernet/ IP 通信協議模型

實際上， CIP 除了作為Ethernet/ IP 的應用層協議外， 所有的Ethernet/ IP 的CIP 已運用在ControlNet 和DeviceNet 上，可以作為ControlNet 和DeviceNet 的應用層， 3 種網絡共享相同的對象庫、對象和用戶設備行規， 使多個供應商的裝置能在上述3 種網絡中實現即插即用。

Ethernet/ IP 的成功是在TCP、UDP 和IP 上附加了CIP， 提供了一個公共的應用層， 其目的是為了提高設備間的互操作性。CIP 一方面提供實時I/ O 通信；另一方面實現信息的對等傳輸。其控制部分用來實現實時I/ O 通信， 信息部分用來實現非實時的信息交換，并且采用控制協議來實現實時I/ O 報文傳輸或者內部報文傳輸， 采用信息協議來實現信息報文交換和外部報文交換。CIP 采用面向對象的設計方法， 為操作控制設備和訪問控制設備中的數據提供服務集， 運用對象來描述控制設備中的通信信息、服務、節點的外部特征和行為等。

為了減少Ethernet/ IP 在各種現場設備之間傳輸的復雜性， Ethernet/ IP 預先制定了一些設備的標準規定， 如氣動設備等不同類型的規定。目前， CIP 進行了以太網標準實時性和安全總線的實施工作， 采用IEEE 1588 標準的分散式控制器同步機制的CIPSync， 基于Ethernet/ IP 技術， 并結合安全機制實現CIP Safety 的安全控制等。

EtherCAT

EtherCAT 是由德國的Beckhoff 公司開發的， 并且在2003 年年底成立了ETG 工作組（Ethernet Technology Group）。EtherCAT 是一個可用于現場級的超高速I/O 網絡，它使用標準的以太網物理層和常規的以太網卡， 傳輸介質可為雙絞線或光纖。

一般常規的工業以太網都是采用先接收通信幀， 進行分析后作為數據送入網絡中各個模塊的通信方式， 而EtherCAT 的以太網協議幀中已經包含了網絡中各個模塊的數據。EtherCAT 協議標準幀結構如圖1所示。

圖1　EtherCAT 協議標準幀結構

數據的傳輸采用移位同步的方法進行， 即在網絡的模塊中得到其相應地址數據的同時，數據幀可以傳送到下一個設備， 相當于數據幀通過一個模塊時輸出相應的數據后， 馬上轉入下一個模塊。由于這種數據幀的傳送從一個設備到另一個設備延遲時間僅為微秒級， 所以與其他以太網解決方法相比， 性能比得到了提高。在網絡段的Zui后一個模塊中結束了整個數據傳輸的工作， 形成了一個邏輯和物理環形結構。所有傳輸數據與以太網的協議相兼容， 同時采用雙工傳輸， 提高了傳輸的效率。

EtherCAT 的通信協議模型如圖2所示。EtherCAT 通過協議內部可區別傳輸數據的優先權， 組態數據或參數的傳輸是在一個確定的時間中通過一個專用的服務通道進行的， EtherCAT 系統的以太網功能與傳輸的IP 協議兼容。

圖2　EtherCAT 通信協議模型

EtherCAT 技術已經完成， 專門的ASIC 芯片也在實現之中。目前市場上已提供了從站控制器， EtherCAT 的規范也成為了IEC/ PAS 文件（IEC/ PAS 62407—2005）。

Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink 是由奧地利的B&R 公司開發的， 2002 年4 月公布了Ethernet Powerlink標準， 其主攻方面是同步驅動和特殊設備的驅動要求。Powerlink 通信協議模型如圖3所示。

圖3　Powerlink 通信協議模型

Ethernet Powerlink 協議對第3 層和第4 層的TCP（UDP） / IP 棧進行了實時擴展， 增加的基于TCP/ IP 的Async 中間件用于異步數據傳輸， ISOchron （等時） 中間件用于快速、周期的數據傳輸。Powerlink 棧控制著網絡上的數據流量。Ethernet Powerlink 避免網絡上數據沖突的方法是采用時間片網絡通信管理機制（Slot Communication Network Management， SCNM）。

SCNM 能夠做到無沖突的數據傳輸， 專用的時間片用于調度等時同步傳輸的實時數據；共享的時間片用于異步的數據傳輸。在網絡上， 只能指定一個站為管理站， 它為所有網絡上的其他站建立一個配置表和分配的時間片， 只有管理站能接收和發送數據， 其他站只有在管理站授權下才能發送數據。因此， Powerlink 需要采用基于IEEE 1588 的時間同步。