在工业以太网的设计中,计算服务的响应时间和网络的负载量是一项重要的内容,这是预估网络性能的重要参数,对网络的实时性影响很大。下面就以施耐德电气透明就绪工业以太网中的三种实时服务为例,讨论这两项指标的计算方法,为读者计算自己的网络指标提供借鉴。
响应时间计算
Modbus 报文处理服务的响应时间
图中: CT1——PLC1的扫描时间;
CT2——PLC2的扫描时间;
NAT——网络访问时间;
TT——事务处理时间。
PLC 模块处理数据交换是与PLC 周期同步的,输入/ 输出交换也以相同的方式同步。当发生事件时,比如输入到达PLC1,只有当这一输入处理完,才开始后面的周期CONTROL ENGINEERING China版权所有,PLC 程序执行之后才能传输报文,也就是事件发生后约1.5 个周期。
表1中网络访问时间(NAT) 的单位为毫秒CONTROL ENGINEERING China版权所有,为模块传输时间和报文在网络上传输的延迟之和。
整个信息处理时间TT包括从 PLC1传输报文,被 PLC2接收、处理请求、返回响应、到被 PLC1接收( 比如更新输出) 的延迟。如上图所示:
■ 事务TT 的时间范围为:
例如:Quantun 系统,扫描时间为20ms,结果为:60ms<TT<120ms
■ 平均TTave 时间为:
T T ave = 3×CT1 + 0.5×CT2 + 2×NAT
例如:Quantun 系统,扫描时间为20ms,因此 TTave=90ms
■ 如果计算从PLC1输入到PLC2输出的TT 时间为:
TT = 1.5×CT1 + 1×CT2 + 1×NAT
例如:Quantun 系统,扫描时间为20ms,因此 TT=60ms
全局数据服务的响应时间
图中: CT-发布信息的周期时间;
NAT-网络访问时间;
TT-事务处理时间。
事务时间(TT) 包括站 PLC1发布全局数据,PLC2 接收处理,到向PLC1 重传的延迟。对于交换变量:
■ 如果CT < 5 毫秒www.cechina.cn,事务时间为: TT = 5 × CT
■ 如果CT >=10 毫秒www.cechina.cn,事务时间为:TT = 3 × CT
例如:Quantum NOE模块的CT=5ms控制工程网版权所有,那么TT=25ms。如果设置CT=10ms控制工程网版权所有,那么TT=30ms。
I/O 扫描服务的响应时间
图中: CT-PLC扫描时间;
RT-从输入到输出的响应时间。
应用响应时间(RT)包括从远程输入获取数据到更新远程输出之间的时间延迟。它包含了 PLC 应用处理时间。
RT 响应时间包含下列参数:
图中TMod In与TMod Out:读 / 写设备响应时间 (TMod取决于设备,但一般在1 到8 毫秒)。
表2给出了 TMod In 与 TMod out 的响应时间:
表2
TIOS In 与 TIOS Out:
对相同设备操作时,两个扫描周期之间的时间 (可用图5做参考。TIOS 与CPU 周期时间并行执行,因此在计算RT 响应时间时,可以隐去) 。
N:PLC CPU周期数。请见表3详细信息。CPU周期数N为:
Tnet:网络上的传播时间 ( 取决于应用,Tnet一般为:十兆网络0.05 ms,百兆网络0.005ms)。
通过下列公式可以估算RT响应时间:
RTmin,TIOS 隐去的最小响应时间:
RTmin = Tmod In + Tnet + N x CycleT + Tnet + TMod Out
RTtypic, 0,5 TIOS隐去的典型响应时间:
RTtypic =TMod In + 0.5×TIOS In + Tnet + N×CycleT + 0.5×TIOS Out + Tnet + TMod Out
RTmax, TIOS不隐去的最大响应时间:
RTmax = TMod In + TIOS In + Tnet + N×CycleT + TIOS Out + Tnet + TMod Out
举例:Quantum PLC,扫描时间20ms,带20个 Momentum I/O, 所以平均响应时间为:RT= 1+0.5x 5 + 20 + (0.5x 5) + 4= 30ms
网络负载估算指南
为了估算以太网上的网络负载,需要计算连入网络的所有设备的所有通信服务量。由于以太网具有很高的性能,在多数情况下,网络负载可以很容易地控制在以太网的性能上限之内,而不会显著地影响