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工业应用对实时性的以太网的需求可分为几个等级

来源:未知    日期:2017/09/28    浏览量:


        以太网作为目前科技发展标志性技术,已经在局域网和广域网中取得成功,并普及到管理层及过程控制层。如果进一步在现场设备层中推广,能极大方便整个企业信息系统的垂直集成。因此大部分现场总线均已开始向以太网领域扩展,融合出工业以太网技术。工业以太网继承了标准以太网的物理层并兼容其数据链路层,因此能采用高性价比的标准PHY芯片及RJ45连接器,在减少成本的同时降低开发难度。目前工业以太网种类较多,国际标准IEC61784 包含有Modbus , Ethernet/ IP , ProfiNet , Tcnet , Vnet/ IP , Powerlink ,EtherCAT 以及Sercos III 等。

  实时性的一个重要标准是时间的确定性,一个事件发生后,系统在一个可准确预见的时间范围内做出反应。

  工业应用对实时性的需求根据应用场合可大致分为三个等级:工厂级的控制需求要求响应时间在1s左右即可,而过程级控制一般需要响应时间在10~100ms以内,实时性要求最高的是运动控制,要求响应时间在1ms以下,甚至达到几十us的量级。

  以太网的传输速率可达100Mbps甚至1Gbps,足以满足工业应用的需求,但是却不能保证实现控制设备间的实时通信。这主要是因为标准的以太网协议是以CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection,载波监听多路访问/冲突检测)技术为基础的,网洛上的各工作站对总线进行“监听”以确认总线是否空闲。如果空闲,它们就开始发送数据。如果两个工作站同时试图发送数据,冲突就产生了。在这种情况下,访问机制首先确保工作站停止传输数据,而后根据预定义的随机选择算法,工作站再次尝试发送数据。这个过程一直重复至冲突消失。

        上述机制保证了数据的安全发送,可是从确定性行为的角度来看,这却是一个很大的障碍。它允许数据传输时间可以被任意推迟,也就不能实现数据的实时通信。要想使以太网技术在不改变其现有标准的前提下更好的应用到工控领域,就要找到一种解决方案来解决这个问题。

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