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异军突起的ETHERNET Powerlink

2004.04.07阅读 3530

概述
  ETHERNET Powerlink由奥地利B&R公司于2001年11月创议和开发,并在2002年4月成立了EPSG(ETHERNET Powerlink Standardization Group)。该组织的起始成员有B&R,Hirschmann Electronics,Kuka Roboter,Lenze和Zurick University of Applied Science,目前已发展为几十个会员,仍在不断的壮大控制工程网版权所有,其中不乏著名的国际公司如ABB,Smart Network Device,Baldor等。在2002年4月,EPSG宣布向第三方开放,并建立中立的认证机构,从而进一步推动ETHERNET Powerlink的发展。
  ETHERNET Powerlink是到目前为止,唯一的经过现场验证,基于高速以太网的开放、实时通信协议甚至能用于时间十分苛求的高速运动系统。这是一个完整的从管理层一直到现场I/O层的确定性传送实时数据的透明解决方案控制工程网版权所有,并已成为工业标准,其可预测的通信过程有非常短的循环时间(<200祍)和高的实时精度(Jitter,即抖动或不稳定度小于1祍)。ETHERNET Powerlink自发布以来,到2003年底,在世界各地的应用已有10,000多个节点,应用范围自注塑机械,包装机械到批量生产线,一个特殊的应用案例是多于50个轴和50个工作站(I/O点数超过2CONTROL ENGINEERING China版权所有,000个),在2.4ms的循环时间内进行同步的运动控制系统。
  EPSG的战略合作伙伴目前有:1. CIA/CANOpen,这是设备
层通信协议和行规的用户集团,符合EN50325-4标准;2. IAONA(工业自动化开放网络体系结构),IAONA和ETHERNET Powerlink一起,致力于在IEC中制定实时以太网的国际标准;3. ZHW(Zurcher Hochschule Winterthur),是服务和认证机构。

技术要点
  ETHERNET Powerlink是一个基于高速以太网、建立在ISO/OSI参考模型层2的通信协议控制工程网版权所有,能实现确定和实时的数据交换。其技术要点是保证确定性的通信,满足IAONA实时等级4(最高等级的性能)和最低的抖动(小于1祍);符合国际标准如IEEE 802.3V高速以太网(1G以太网和10G以太网即将问世,因而有长的生命周期),IEEE 1588分布式网络设备的精确时间同步以及EN 50325-4 CANOpen等;无缝地集成所有基于IP的协议(集成在TCP、UDP栈上的TELNET,FTP,SNMP,HTTP等);多种拓扑结构如树型,星型,点线型,菊花链等。不使用交换器(只使用集线器)因而消除排队延迟;允许网络上所有节点能直接地交换数据,而不需要通过主站;没有专用芯片;可以热更换等。
  所谓确定性的通信过程是指它具有一个精确的可预测的定时,也就是什么时候数据报文到达接收者,生成响应数据和需要多长时间来传送该数据报文,都是可预测和确定的。它应用等时间同步原理,等时同步是一种数据传送方法,即在每一个精确的总线时钟周期内,确保传送实时数据。
  ETHERNET Powerlink避免网络上数据冲突(即2个或2个以上的节点同时访问总线)的方法是采用SCNM机制(SCNM=Slot Communication Network Management,槽通信网络管理)。SCNM能做到:保证无冲突的数据传送;专门的时间槽用于调度等时同步传送的实时数据;共享的时间槽用于异步数据。
  ETHERNET Powerlink有2种工作模式即保护模式(Protected Mode)和开放模式(Open Mode)。
  保护模式:能运行循环时间最小到200祍,抖动总是小于1祍的控制系统。通过桥路或路由器将网络的实时段和开放IT网络分离以避免数据冲突,通过桥路进行访问能保证最大的安全性。
  开放模式:ETHERNET Powerlink通信协议可应用于一个开放的、交换式的网络,以IEEE 1588用于时间同步,在实时网络和IT网络之间不需隔离,这种模式只适用于循环时间为ms级和低到中等定时要求的控制系统。

工作原理
  ■  ETHERNET Powerlink的数据报文帧
  ETHERNET Powerlink的数据报文帧是在以太网的数据报文帧基础上略作改动,其L/T字段的值>1500,这是一个保留的EtherTypeⅡ,用于唯一地识别Powerlink的数据帧。
  具体的ETHERNET Powerlink数据报文帧见图1,其说明见表1。
对100Mbps的快速以太…如图1

  对100Mbps的快速以太网,最短的报文帧其数据字段为46个净字节(即使没有数据传送),包括额外开销为84个字节,传送时间为6.7祍。最长的报文帧,其数据字段为1488个净字节(总字节1538),传送时间为123祍。
  MAC(介质访问控制),ETHERNET Powerlink站的以太网地址,其首5个字节是常数控制工程网版权所有,即00-60-65-00-49,第6个字节是站号,正确的站地址必须在网络设备上设定,其中管理站的地址必须是0,控制站的地址为1到253。254和255保留作为网络上的配置和服务之用。
  ■  同步和延迟
  



















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