openSAFETY基礎引導（二）

openSAFETY應用于EtherNet/IP的層級式模型。
用戶組織
Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) and ControlNet International這兩個組織聯合負責CIP技術的維護和發展。
openSAFETY
openSAFETY的黑色通道原理可以讓其輕松實施于EtherNet/IP之上。通過EtherNet/IP，openSAFTY可以通過它自己的組件建立連接。安全通信便在此之上進行。在這種方案里，安全設備自己既做“生產者”也做“消費者”，因此可以監聽網絡中的安全數據。

典型的安全EtherNet/IP網絡的星形拓撲

4. Modbus-TCP上的openSAFETY
早在1979年美國PLC生產商Gould Modicon（現為施耐德電氣的一個部門）就開發Modbus協議。它被認為是最早現場總線協議之一，可以實現不同廠家的系統和設備之間的通信。后來Modbus差不多成為工業標準。它是一個純應用層協議，即它不依賴于傳輸介質。
Modbus-TCP由施耐德自動化設計和發起，采用與之前總線相同的服務和模型，即Modbus ASCII, MODBUS RTU（異步數據通過RS232或RS485的傳輸）和Modbus Plus （令牌傳遞）。只是新版使用的數據傳輸協議是以太網，使用TCP/IP包傳遞數據。
原理
Modbus-TCP不像標準以太網那樣在數據鏈路層使用CSMA/CD方式來控制節點對網絡的接入，而是通過應用層的客戶端/服務器原理來處理訪問的控制。也就是說網絡上每個節點都被分配一個獨一無二的地址，且只有當主站通過明文提示通知節點發送數據，節點才能發送。
參數和數據在發送前被封裝，并被嵌入到TCP報文的有效載荷數據容器中。同時“Modbus Application Header”(MBAP)也被放到載荷數據中，以確保服務器在接受到信息時能夠正確解析Modbus參數和指令。每個TCP/IP報文中只能嵌入一個Modbus應用報文。
和任何使用TCP的協議（TCP——傳輸控制協議）一樣，Modbus-TCP也是基于連接的。在實際數據傳輸之前，主站和從站之間必須建立一個可靠的連接，以確保數據能夠被完整的、順序正確地接受。連接一旦建立，客戶端和服務器可以傳輸任意多的載荷數據。對于周期性輸入輸出數據傳輸，連接是常在的。對于服務數據來說，只在實際使用時候才建立。服務器和客戶端的節點可以同時建立和維持多個TCP/IP連接。

在Modbus-TCP上實現openSAFETY的層級式模型

用戶組織
總部在美國的Modbus組織(Modbus-IDA)負責為其用戶和Modbus-TCP設備生產商的發展服務。
openSAFETY
Modbus-TCP并不例外，在黑色通道原理下，數據傳輸機制和安全層完全分離，互不影響。加入了以太網的Modbus不局限于TCP/IP通信，也會使用UDP/IP。openSAFETY利用這一點，非周期性安全數據通過TCP/IP幀傳播，周期性數據，根據openSAFETY保障機制在復制之后，通過UPD/IP傳輸。

安全Modbus-TCP網絡

5. POWERLINK上的openSAFETY
POWERLINK是2001年由貝加萊(B&R)開發的實施工業臺網協議。其特點包括微妙級的循環周及，普遍可用性，和網絡配置的高度靈活性。而且它是一個完全無需授權、獨立于供應商的、基于軟件的實時系統，并且從2008年開始完全開源。同時POWERLINK無需專用硬件，可以讓用戶從版權和供應商中獨立出來。POWERLINK給予用戶完整的CANopen機制，同時又100%符合IEEE802.3以太網標準。也因此，POWERLINK可以實現一切標準以太網的特性，包括交叉通信，熱插拔，靈活的網絡拓撲。
原理
POWERLINK使用時間槽和輪詢方式來達到同步的輸出傳輸。為了確保協同，使用一個PLC或工控機來作為管理幾點（MN）。它負責管理同步所有設備的循環周期，控制周期性數據通信。其他設備都以受控節點（CN）的方式工作。在一個時鐘周期里，MN以固定順序一個一個地發送“輪詢查詢”到各個CN。每個CN立即發出“輪詢響應”，其他所有節點也都可以聽到這個響應。
一個POWERLINK周期由3個階段組成：在開始階段，MN發送一個“周期幀開始”（SoC）給所有CN以時期同步。抖動，即周期波動導致的時鐘率的偏差能達到100納秒左右。周期性同步數據的交換在第二階段機型（周期階段）。在這個極端，復用技術可以使帶寬獲得優化。第三階段是異步數據階段，可以用來傳輸體積較大、對時間不敏感的數據。用戶數據之類被分到幾個周期內的異步數據傳輸階段傳輸。POWERLINK區分實時和非實時域。由于異步階段的數據傳輸支持標準IP幀，路由器可以將數據從實時域中安全而透明地分離出來。