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真正的实时工业以太网技术Ethernet POWERLINK

作者:上官小晶 贝加莱工业自动化(上海)有限公司2009.02.14阅读 7561

  1.      引言
  曾几何时控制工程网版权所有,现场总线方案给自动化行业带了辉煌的发展,然而随着工业自动化的发展,目前的现场总线方案已经不能完全适应市场的需求,未来对于自动化的解决方案有了新的要求:
  n    速度相比现场总线有大幅度的提高;
  n    由于任务越来越多,越来越复杂,要求网络能够承载大量的数据交换;
  n    对不可测事件的反应时间的要求提高了;
  n    最大限度的使用标准的,可靠的技术,以降低开发成本。
  于是快速以太网技术进入人们的视野,它以至少10倍于现有现场总线的速度(100Mbps)完全满足了未来工业网络对于速度的要求,并且技术成熟可靠。然而快速以太网CSMA/CD的工作原理决定了它不是一个实时的网络,这对于未来的工业自动化控制是不可接受的。
  奥地利贝加莱(B&R)公司在这方面做出了贡献,她以快速以太网为基础,开发出了真正的实时工业以太网——Ethernet POWERLINK。贝
加莱2001年首次向公众介绍Ethernet POWERLINK,同年11月EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)联盟成立,2003年6月EPSG协会成立并和CiA(CAN in Automation)开展合作,同年11月由EPSG介绍Ethernet POWERLINK V2。到目前为止,有超过150,000个节点投入使用,超过300个支持者、供应商和终端用户。
  2.      Ethernet POWERLINK技术特点
  n    单个网段最多连接240个实时站点;
  n    真正的确定性通讯
         达到IAONA实时等级4级(最高等级);
          快速,100Mbit/s,最小循环周期200us;
         网络站点之间精确同步,抖动小于1us;
  n    标准化
         底层技术采用IEEE802.3u,快速以太网;
 

      
  图1:抖动定义

  支持IP协议(TCP,UDP…);
  集成CANopen行规EN50325-4,实现设备的互操作性;
   基于标准的以太网芯片,不需要特别的ASICs;
  n    直接点到点通讯
  n    支持热插拔
  n    支持多CPU解决方案,优化负载www.cechina.cn,使之大体平衡。


  图2:负载平衡


  Every Cycle:Station 1,2,3;Multiplexed:Station 4-11
  -拓扑结构灵活www.cechina.cn,支持总线型,星型,树型CONTROL ENGINEERING China版权所有,菊花链。。。
  3.      Ethernet POWERLINK技术原理


  图3:EPL参考模型


         Ethernet POWERLINK物理层,MAC层:遵循IEEE802.3u,100Base-TX

               Ethernet POWERLINK帧在以太网的数据域里传输。

        

 

        Ethernet POWERLINK数据链路层(EPL Datalink Layer)
  EPL数据链路层以标准的以太网CSMA/CD技术(IEEE802.3)为基础,但是CSMA/CD的工作原理决定了它不能实现通讯的确定性控制工程网版权所有,于是EPL引入SCNM(Slot Communication Network Management)机制,实现了数据通

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